Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article est dédié aux voies de stabilisation destinées à ralentir les phénomènes de vieillissement des polymères. Deux méthodes de stabilisation sont présentées ; celle agissant contre le vieillissement anaérobie (UV, hydrolyse) et celle agissant contre l'oxydation. Les principaux mécanismes chimiques mis en jeu sont rappelés, ainsi que les principaux paramètres décrivant le comportement physique des molécules. L'ensemble permet d'établir un modèle adapté à la prédiction de la durée de vie d'un polymère industriel.
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This article is dedicated to the processes of stabilization aimed at slowing down the ageing of polymers. Two methods of stabilization are presented; that against anaerobic aging (UV, hydrolysis) and the other against oxidation. The main chemical mechanisms involved are recalled, and the main parameters describing the physical behavior of molecules. Together it allows for establishing a model adapted to predicting the life-span of an industrial polymer.
Auteur(s)
-
Emmanuel RICHAUD : Docteur Ingénieur - Maître de conférences au Laboratoire de procédés et ingénierie en mécanique et matériaux - Arts et métiers Paris Tech
-
Jacques VERDU : Professeur Émérite - Laboratoire de procédés et ingénierie en mécanique et matériaux - Arts et métiers Paris Tech
INTRODUCTION
Deux premiers dossiers ont traité des phénomènes de vieillissement à l'échelle macroscopique, de leur interprétation à l'échelle macromoléculaire [AM 3 151] et des mécanismes mis en jeu à l'échelle moléculaire avec leur modélisation cinétique permettant de prédire la durée de vie par une voie non empirique [AM 3 152]. Il se trouve que la plupart des matériaux polymères de grande diffusion sont relativement instables en présence de rayonnements, d'agents environnementaux comme l'oxygène ou l'eau, et se dégradent trop vite pour pouvoir conserver leurs propriétés fonctionnelles pendant une durée suffisamment longue pour les applications industrielles visées. On leur ajoute donc des stabilisants dont le rôle est de ralentir les processus de dégradation pendant la mise en œuvre puis l'utilisation. On peut remarquer que l'utilisation industrielle de ces polymères n'est devenue possible qu'avec l'emploi de ces molécules . Lors du développement d'une pièce, on soumet en général plusieurs formulations de polymères stabilisés à un vieillissement accéléré en laboratoire et on retient la meilleure, approche empirique coûteuse en temps, en moyens humains et matériels. Ce dossier est destiné à rappeler les mécanismes d'action des principales familles d'additifs afin de permettre aux formulateurs de mieux comprendre les résultats obtenus en laboratoire et éventuellement les écarts observés avec le viement naturel. Il montre en outre comment on peut compléter les modèles présentés dans [AM 3 152] afin de bénéficier d'un outil non empirique permettant de prédire la durée de vie d'un polymère stabilisé par modélisation cinétique.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
antioxidants | stabilization | physico-chemistry
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2002 par Jacques VERDU
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Matériaux > Corrosion Vieillissement > Matériaux : résistance à la corrosion et au vieillissement > Vieillissement chimique des polymères - Physicochimie de la stabilisation > Modélisation cinétique de l'oxydation de polymères stabilisés
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Conclusion
En anglais
8. Modélisation cinétique de l'oxydation de polymères stabilisés
Les schémas cinétiques d'oxydation de polymères stabilisés sont toujours d'un niveau de complexité hors d'atteinte des méthodes analytiques classiques. La mise en œuvre d'outils numériques est donc obligatoire. Malgré la puissance de ces outils, il est important de simplifier au maximum les schémas surtout si l'on souhaite utiliser le système en approche inverse pour déterminer certains paramètres cinétiques.
Pour illustrer la démarche, nous allons prendre l'exemple d'un polymère stabilisé par un mélange synergique de phénol (AH) et de décomposeur d'hydroperoxyde (D).
L'action du phénol est ici réduite à deux réactions pseudo-élémentaires, celles du décomposeur d'hydroperoxyde à une seule réaction. Le schéma mécanistique le plus simple est le suivant (cf. [AM 3 152] :
Le système est régi par les équations différentielles suivantes :
avec x distance par rapport à la surface.
Les conditions initiales sont :
-
A t = 0, pour tout x, [Po]0 = [POOo]0 = 0, [POOH] = [POOH]0, [PH] = [PH]0 [AH] = [AH]0, [Ao]0 = 0, [Dec] = [Dec]0
-
pour tout t = 0, à x = 0 et x = L, [O2] = s O2 P O2 , avec s O2...
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Modélisation cinétique de l'oxydation de polymères stabilisés
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PFAENDNER (R.) - How will additives shape the future of plastics ? - Polymer Degradation and Stability, vol. 91(9), p. 2249-2256 (2006).
-
(2) - CARTA (D.), CAO (G.), D'ANGELI (C.) - Chemical recycling of poly(ethylene terephthalate) (pet) by hydrolysis and glycolysis. - Environmental Science and Pollution Research, vol. 10(6), p. 390-394 (2003).
-
(3) - BÉLAN (F.), BELLENGER (V.), MORTAIGNE (B.), VERDU (J.) - Relationship between the structure and hydrolysis rate of unsaturated polyester prepolymers. - Polymer Degradation and Stability, vol. 56(3), p. 301-309 (1997).
-
(4) - MASAMOTO (J.), MATSUZAKI (K.), IWAISAKO (T.), YOSHIDA (K.), KAGAWA (K.), NAGAHARA (H.) - Development of a new advanced process for manufacturing polyacetal resins. Part III : End-capping during polymerization for manufacturing acetal homopolymer and copolymer. - Journal of Applied Polymer Science, vol. 50(8), p. 1317-1329 (1993).
-
(5) - BERARDINELLI (F.M.), DOLCE (T.J.), WALLING (C.) - Degradation and stabilization of polyacetal copolymers. - Journal of Applied Polymer Science, vol. 9(4),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Stabilisation des plastiques. Principes généraux.
-
Vieillissement chimique des polymères – Mécanismes de dégradation.
-
Vieillissement chimique des polymères – Cinétique de dégradation.
ANNEXES
Laboratoire de Procédés et Ingénierie en mécanique et Matériaux https://pimm.artsetmetiers.fr/
HAUT DE PAGE
Polymer Degradation Discussion Group, Paris, sept. 2013. http://www.pddg.org
HAUT DE PAGE3.1 Fournisseurs de stabilisants (liste non exhaustive)
CYTEC https://www.cytec.com
BASF http://www.basf.fr
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