Dégradation d'un polymère
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La plupart des polymères ou des matériaux polymères, de par leur nature organique, peuvent être considérés comme « vivants » car sensibles à leur environnement et sujets au vieillissement. La dégradation d'un polymère est le changement, généralement non désiré, de ses propriétés, causé par des facteurs chimiques et/ou physiques plus ou moins agressifs (oxydation, lumière ultraviolette, humidité, etc.). Ensemble, ils agissent souvent en synergie. Une température élevée entraîne une dégradation (thermolyse…), et accélère souvent les effets des facteurs de dégradation. Cette dernière peut rendre le matériau inutilisable.
Présentation
La plupart des dégradations (aussi appelées endommagements, vieillissement, altérations, détériorations) par les intempéries de quelques matériaux polymères organiques (mobilier en plastique, revêtements tels que peintures et vernis, films, etc.) sont causées par l'oxydation et l'exposition aux rayons UV de faible longueur d'onde, à la chaleur et à l'humidité (surtout la rosée, et la pluie).
Certains élastomères insaturés sont très sensibles à l'ozonolyse, qui se traduit par la formation de craquelures (en).
Pour un type de copolymère donné, la proportion des monomères modifie les tenues en température. La résistance à la chaleur d'un type d'élastomère donné diminue avec son taux d'insaturation ; ainsi, des grades à faible taux d'insaturation seront choisis. Par ailleurs, la tenue à la chaleur d'un élastomère vulcanisé au soufre diminue avec la longueur des ponts sulfure, car l'énergie de la liaison S-S est plus faible que celle de la liaison C-S.
La dégradation comprend la diminution de masse molaire par scission de chaînes (exemples : homolyse, effet mécanique du cisaillement sur les chaînes lors du mélangeage et de la mise en forme), la décomposition chimique, la thermolyse, l'hydrolyse, la siccativation, la perte de résistance mécanique, d'élasticité, etc.
Les défauts observés peuvent être le changement de couleur (exemple : jaunissement causé par la solarisation), la diminution du gloss, le farinage, la friabilité, la fragilisation, le délaminage et la déformation (exemple : gonflement en présence d'un solvant, d'un hydrocarbure).
Prévention ou retardement de la dégradation
Un inhibiteur peut être ajouté au polymère préparé, pour augmenter sa stabilité au stockage.
Les polymères thermoplastiques se dégradent en général à des températures supérieures à une centaine de degrés Celsius. La protection d'un polymère insaturé (exemple : caoutchouc naturel), vis-à-vis notamment de l'ozone et de la chaleur, est indispensable ; en formulation, l'incorporation d'additifs (stabilisants (en) tels un antioxydant, un agent anti-UV (en), un antiozonant (en) et un dessiccant) et de charges empêche ou retarde la dégradation.
Au laboratoire, certaines enceintes simulent plusieurs environnements, avec la possibilité de soumettre des cycles aux échantillons [exemple de cycle : exposition au brouillard salin, puis à la chaleur humide (40 °C, 95 % d'HR), puis séchage].
Certains essais climatiques sont réalisés en extérieur ; un exemple typique est celui de la dégradation de plaques métalliques peintes, disposées en rack et exposées en bord de mer pour faire intervenir la corrosion atmosphérique.
Galerie
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Balles de caoutchouc nitrile (NBR) protégées par un film coloré. -
Enceinte pour tester la dégradation climatique (en) : lumière UV, humidité et chaleur contrôlées. -
Enceinte de corrosion. -
Vérification, par des mesures sur éprouvettes, des propriétés mécaniques d'un adhésif, avant/après vieillissement accéléré.
