Etude du vieillissement accéléré de mélanges à base de polyesters contrôle de la fragmentation

Le but de cette partie est de pouvoir d’étudier la dégradation de polyesters aliphatiques afin d’une part, d’en limiter la dégradation en utilisation et, d’autre part, d’augmenter leur cinétique de fragmentation en fin de vie. Pour ce faire, l’étude se limite au PLA , ainsi qu’à plusieurs mélanges d’intérêt à base de modifiant au choc et d’agent de polycondensation, étudiés dans les chapitres précédents. Cette étude a pour but de maîtriser la dégradation de polyesters aliphatiques et de leurs mélanges. L’accélération de la dégradation en fin de vie est une façon de permettre d’améliorer la dégradabilité des polyesters aliphatiques étudiés, en diminuant la durée de la phase de fragmentation (qui correspond à la phase préliminaire de la biodégradation) tout en assurant un maintien de leurs propriétés au cours de leur utilisation en service. La possibilité de déclencher la cinétique de dégradation des polyesters compostables, tels que le PLA par additivation a déjà été traitée (Tsuji, 2005; Sakai, 2001). Cependant, l’augmentation de la cinétique de dégradation de mélanges à base de PLA incorporant des modifiants au choc ou des agents de polycondensation, n’a pas été rapporté dans la littérature. Dans cette étude, les échantillons étudiés sont sous forme de films, réalisés par calandrage. Le choix de travailler sur des films se justifie par le fait que la PLA, pourtant transparent aux rayons UV, est mélangé ici à divers polymères (acrycliques, …), qui absorbent les rayons UV et pour lesquels il faut travailler sur de faibles épaisseurs pour ne pas obtenir d’inhomogénéité de vieillissement.

Afin d’étudier l’influence de trois types de vieillissement (vieillissement thermique, photo-vieillissement et vieillissement hydrothermique), plusieurs types de caractérisation sont réalisées. La spectroscopie infrarouge permet de suivre le degré d’oxydation des matériaux. Les tests de traction, l’analyse par DSC et la chromatographie d’exclusion stérique (CES) permettent d’évaluer la perte des propriétés mécaniques, les modifications structurales et de  Les matériaux étudiés sont le PLA vierge, les mélanges à base de PLA incorporant 1 et 3 % en masse de catalyseurs d’oxydation, notés MM-1 et MM-3. Par ailleurs, plusieurs mélanges d’intérêt sélectionnés à partir du chapitre 3 sont également testés pour lesquels 1% en masse de catalyseur d’oxydation a été incorporé : le mélange BSTR150-5, noté BSTR150- 5-MM-1 et les mélanges notés PMAH-3-MM et PMAH-3-MM-1. Le mélange maître à base de polyoléfines contenant des catalyseurs d’oxydation, noté MM, fourni par l’entreprise Symphony Plastics, est à base de polyéthylène basse densité et contient 0,56 % en masse d’additif oxydant ainsi que divers stabilisants. Le catalyseur d’oxydation est un complexe de manganèse. Le mélange maître à base de catalyseurs d’oxydation, est validé OECD 208 et remplit les critères des tests d’écotoxicité à court terme issus des normes de compostage actuellement en vigueur, (ainsi que ceux relatifs au contact alimentaire et à la directive REACH). Quoi qu’il en soit, l’intérêt de l’additivation, dans des polymères compostables, de mélanges maîtres à base de polyoléfines contenant des catalyseurs d’oxydation, ne peut être pleinement justifié que par une étude écotoxicologique complète.

Caractérisation des matériaux avant vieillissement

La baisse de viscosité en fondu qualitative observée pour les matériaux à base de PLA contenant du MM, semble indiquer que ces derniers subissent une dégradation lors de la mise en œuvre. La littérature sur les polyoléfines suggère que l’existence d’une dégradation, significative dès l’étape de mise en œuvre, puisse être le signe de l’amorçage d’une réaction d’oxodégradation en chaîne (Scott, 2000). Afin de vérifier cette hypothèse, des caractérisations des échantillons ont été réalisées par CES après calandrage et après 6 mois de stockage à l’air à 25 °C. Le Tableau V.1 donne les valeurs des masses molaires moyennes en Les vieillissements thermiques réalisés en étuve ont plusieurs intérêts. D’une part, il est possible d’envisager pouvoir décomposer les vieillissements photochimiques accélérés secs et humides. De plus, il est intéressant d’étudier la dégradation thermique afin de vérifier si le phénomène d’oxodégradation peut être activé thermiquement (vers 65 °C) pour le PLA additivé de catalyseurs d’oxydation, ce qui présente un intérêt concernant la gestion de fin de vie des polyesters aliphatiques.