Trois étapes pour résoudre les problèmes de vieillissement du plastique : recommandations pour les meilleurs antioxydants

Les plastiques sont un élément essentiel de presque toutes les sphères de l’activité humaine, des produits de beauté aux composants automobiles et aérospatiaux. Pourtant, le vieillissement des matières plastiques ou leur détérioration par différents phénomènes environnementaux au fil du temps reste un problème majeur. Cet article donne trois raisons principales et des solutions aux problèmes de vieillissement du plastique et suggère les meilleurs antioxydants disponibles pour prévenir ces problèmes.

Comprendre le vieillissement du plastique

Le vieillissement du plastique se produit principalement en raison de l'exposition à des facteurs environnementaux tels que les rayons UV, l'oxygène et la chaleur. Ces facteurs, au fil du temps, décolorent le matériau, le rendent cassant et entraînent une perte gravitationnelle de la plupart des propriétés mécaniques. Les radicaux libres agissent comme instigateurs des processus de dégradation. Ces radicaux libres agissent sur la structure des molécules de polymère, entraînant une série d'événements néfastes. Afin de cibler plus habilement le vieillissement du plastique, il est important de connaître les mécanismes ainsi que les cibles potentielles.

Étape 1 : Sélection initiale et sélection des matériaux

La première étape pour résoudre les problèmes liés au vieillissement du plastique consiste à effectuer un examen spécifique des matériaux à utiliser. Les facteurs environnementaux ont des effets différents sur les différents polymères. Par exemple, alors que la plupart des polyéthylènes sont sujets à une dégradation par les UV, les polycarbonates sont plus résistants mais peuvent néanmoins être soumis à une détérioration photo-oxydante. Le choix des matériaux doit être adapté à l'application en question et aux conditions environnementales prévues dans lesquelles le plastique sera utilisé.

Le dépistage doit inclure des tests de vieillissement accéléré, qui sont des tests qui tentent de prédire sur une courte période de temps, les performances du matériau sur une période prolongée d'utilisation dans un environnement naturel. Ces informations sont utiles pour sélectionner les polymères adaptés à l'application souhaitée, car elles donnent des informations précieuses sur le comportement du matériau sous différents facteurs de stress. Et ces informations peuvent aider à mieux juger du nombre d'antioxydants et d'autres stabilisateurs à incorporer.

Étape 2 : Choisir les bons antioxydants

Après avoir identifié le bon matériau, la tâche suivante consiste à sélectionner les bons antioxydants. Les antioxydants sont importants pour retarder le processus de vieillissement car ils agissent directement sur les radicaux libres pour les neutraliser ou inhiber leur activité. Les antioxydants sont ensuite classés en antioxydants primaires et secondaires, appelés de manière opérationnelle piégeurs de radicaux et décomposeurs d'hydroperoxydes.

Antioxydants primaires : Ces antioxydants exercent une activité de type réchauffement, comme les phénols encombrés et les amines aromatiques. Ils chassent les métaux de transition chélateurs, optimisant la consommation d'oxygène dans les phases initiales. Quelques exemples sont l'hydroxytoluène butylé (BHT) et la diphénylamine et certaines amines encombrées HALS telles que les stabilisateurs de lumière à amine encombrée.

Antioxydants secondaires : Les esters de phosphite et de thioéther sont des types de composés qui suppriment les hydroperoxydes dans des clivages non radicaux évitant les étapes avancées du mécanisme de chaîne oxydative. Un antioxydant secondaire couramment utilisé est le phosphite de tris (2,4-di-tert-butylphényl), commercialisé sous le nom d'Irgafos 168 et le thiodipropionate de distéaryle.

Étape 3 : Optimisation de la formulation et du traitement

Après avoir identifié les antioxydants les plus efficaces, la tâche critique suivante consiste à optimiser la formulation et les paramètres de traitement. Cela implique de déterminer le nombre adéquat d'antioxydants requis ainsi que les meilleurs paramètres pour la dispersion des antioxydants dans le polymère. Une charge trop importante ou trop faible d'antioxydants peut également empêcher une performance optimale en termes de destruction des comportements physiques du matériau ou d'échec de la fourniture d'une protection efficace.

D'autres paramètres de traitement tels que la température, la vitesse d'extrusion et le temps de mélange sont également d'une grande importance pour l'efficacité des antioxydants. Des températures de traitement excessives peuvent entraîner la désintégration des antioxydants avant leur utilisation, tandis qu'un mélange inadéquat peut conduire à une mauvaise dispersion des antioxydants, ce qui entraîne des points faibles qui sont plus susceptibles de vieillir.

Recommandations pour des applications spécifiques

Chaque application requiert une approche spécifique en termes d'antioxydants fournis. Par exemple, les matériaux d'emballage exposés au soleil doivent être équipés de stabilisateurs UV en plus des antioxydants. Compte tenu des paramètres mentionnés ci-dessus, les pièces automobiles peuvent également utiliser des antioxydants internes à point de fusion élevé ainsi que des stabilisateurs secondaires.

Les films et fibres minces devraient contenir des antioxydants à faible masse moléculaire plus dispersifs, tandis que les plastiques épais et plus rigides devraient contenir des antioxydants à masse moléculaire élevée pour des effets protecteurs à long terme. Les HALS sont de loin la meilleure option pour une utilisation en extérieur car ils ne se dégradent pas sous la lumière UV.

Pour aller plus loin

Le traitement du problème du plastique sous l'angle du vieillissement est complexe par nature et nécessite une approche stratégique. En adhérant aux trois étapes de sélection et de criblage des matériaux, en sélectionnant les antioxydants appropriés pour les matériaux et en optimisant les matériaux dans la formulation et le traitement, les fabricants peuvent améliorer considérablement la durée de vie et les performances des produits en plastique. Les meilleurs antioxydants pour les plastiques adaptés à des applications particulières sont choisis de manière à ce que les plastiques soient capables de remplir et de remplir leurs fonctions et de conserver leur aspect même dans des conditions d'utilisation extrêmes.