La dégradation des thermoplastiques

Petit post sur la dégradation des thermoplastiques. Ça devrait vous permettre de mieux comprendre pourquoi on dit souvent qu’un plastique se dégrade complètement après plusieurs centaines d’années.

Tout d’abord un petit rappel sur ce qu’est un polymère.

Je ne parlerai que des thermoplastiques qui constituent les emballages alimentaires. J’en ferai un autre sur les thermodurcissables qui constituent les pales d’éoliennes, les bateaux etc. Ça va en intéresser certains. On va commencer par les 3 facteurs clés :

La nature chimique du polymère

Celui-ci est constitué d’une chaîne généralement carbonée avec des fonctions (alcools, esters, etc.). Ces fonctions vont donner des propriétés mécaniques et physiques au polymère mais également une susceptibilité à certaines dégradations !

Exemple : le PET de nos bouteilles d’eau qui est constitué d’une fonction ester (encadré en rouge). Celle-ci s’hydrolyse. C’est à dire qu’en présence d’eau la fonction ester se coupe et le matériau se dégrade.

Et vous me direz « mais on l’utilise pour contenir de l’eau !! On nous empoisonne !! On nous ment !! » Que nenni chers amis. Ça n’est pas du tout le cas grâce aux deux autres facteurs.

La structure du polymère

Quand on fabrique un objet ou un emballage, le mode de mise en œuvre (extrusion, injection, calandrage, etc.) confère au polymère une certaines structure à l’échelle microscopique : il peut être amorphe (à gauche de l’image), cristallin (rare) ou semi-cristallin (la majorité des cas, à droite de l’image).

En phase amorphe les chaines de polymère s’entassent sans cohérence. Il y a beaucoup de vide entre elles. A l’état cristallin elles sont bien organisées les unes les autres. Lorsque les molécules sont organisées sous forme de cristaux, les éléments ont plus de mal à pénétrer dans le matériau et donc à le dégrader. C’est beaucoup plus facile en phase amorphe.

Exemple : notre bouteille d’eau est constituée de PET semi-cristallin MAIS bi-orienté (mode de mise en œuvre). Il y a donc 3 phases dans ce matériau : amorphe, cristalline et mésomorphe qui est un hybride. Cet état intermédiaire augmente les propriétés barrières du PET.

L’environnement

C’est un élément très important. Les paramètres qu’il faut considérer en premier lieu sont les suivants: La température: généralement les réactions de dégradation sont thermiquement activées, avec des vitesses différentes qui dépendent des 2 facteurs précédents.

Pour l’hydrolyse de notre PET, une augmentation de la température de 10°C en présence d’eau peut multiplier la vitesse de dégradation par 2 voire 3 en fonction du milieu

Mettre un plastique en plein soleil peut générer des dégradations rapides s’il ne contient pas d’additifs le protégeant des UV. En fait les UV vont générer de l’instabilité dans la chaîne polymère qui va commencer à se réorganiser : soit en créant des liaisons entre les chaines (réticulation qui peut conduire à sa fragilisation) soit en rompant les liaisons (coupures de chaines).

On a souvent les 2 en même temps avec une prédominance de l’un ou l’autre en fonction des autres paramètres du milieu autres facteurs du milieu : présence d’eau, de produits chimiques, de pression, etc. tous ces facteurs, en fonction de la nature chimique et la structure du polymère peuvent accélérer la dégradation.

Donc notre bouteille en PET, si elle se trouve dans une eau à 20°C elle mettra plusieurs centaines d’années à se dégrader complètement sachant que les phases cristallines mettront plus de temps à se dégrader (microplastiques).

Si elle ne se trouve pas dans l’eau la dégradation est ralentie. En eau de mer la présence de sel et le pH peuvent limiter la pénétration de l’eau dans le matériau. Par contre vous mettez la bouteille en PET dans un solvant aromatique chloré à 80°C elle se dissout en quelques minutes.

Donc on ne peut parler de durée de vie d’un polymère que si on précise le milieu et, si on veut être précis, il est nécessaire d’y ajouter la structure du matériau (mode de mise en œuvre). Pas si simple La prédiction de la durée de vie ou de service des matériaux polymères !!

J’espère que vous aurez apprécié ce post simplifié, et je l’espère accessible. Si vous avez des questions…

Le petit lien Twitter associé : https://twitter.com/Kako_line/status/1113547386234839041

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