Polymères 102 : Prévention de la dégradation des polymères sous l’effet des UV

Dans le monde des polymères (à l’exception des polymères fluorés), les UV et l’oxygène peuvent nuire à la stabilité d’un matériau. Qu’il s’agisse de polyvinyles, comme le PVC ou le CPVC, ou de polyoléfines, comme le PE ou le PP, les deux types de matériaux peuvent être soumis aux UV et à la dégradation par oxydation. Les formulateurs prennent grand soin de mettre des additifs dans la plupart des thermoplastiques qui aident à prévenir la dégradation des tuyaux par les UV au fil du temps. Examinons donc ce qui se passe avec les matériaux des tuyaux et ce qui est utilisé dans l’industrie pour les préserver pendant de plus longues périodes.

Tout d’abord, il serait utile d’examiner comment un polymère se décompose dans cette réaction. Notez que cette section est un peu lourde en termes de chimie, mais je vais vous guider(PE = polymère, H = hydrogène, O = oxygène, * = radical libre) :

PE-H PE* + H*Remarque : le * signifie qu’un « radical libre » réactif s’est forméPE* + O2 PE-O-O* Remarque : l’oxygène s’attache maintenant au polymère et devient un radical libre TRÈS réactif. PE-O-O* + PE-H PE* + PE-O-OH Remarque : Le radical libre oxygène attaque maintenant le polymère frais, générant une nouvelle surface de radical libre sur le polymère. En outre, la surface de l’oxygène radical libre d’origine est maintenant un peroxyde instable. La surface de peroxyde génère maintenant d’autres radicaux libres dans une série de réactions que je ne détaillerai pas ici (un article ne peut contenir qu’une quantité limitée de chimie). Au lieu de cela, nous irons jusqu’au bout et montrerons que, finalement, le polymère se décompose de la manière suivante : PE-OH + O2 Le polymère avec le groupe OH ci-dessus peut ensuite réagir pour créer des esters, des lactones et des cétones. La réaction de dégradation peut se produire avec n’importe quel polymère, y compris le PE, le PP, le PVC et le CPVC. Une réaction similaire peut également se produire avec des matériaux réticulés comme le PEX. Essentiellement, si le polymère contient des atomes d’hydrogène (et n’est pas saturé de fluor, comme dans le cas des polymères fluorés), il peut subir cette réaction dans des conditions environnementales normales. Heureusement, les formulateurs ont plusieurs options dans leur « boîte à outils » qu’ils peuvent utiliser pour minimiser les dommages que les UV peuvent causer à un matériau en vrac. L’un des moyens les plus rentables de minimiser les dommages causés par les UV est l’utilisation d’une charge. Les charges telles que le noir de carbone et le dioxyde de titane (TiO2) sont généralement utilisées car elles sont les plus rentables. Des études ont montré que le noir de carbone peut limiter les dommages causés au matériau à environ 50μm dans la surface. Si les dommages restent aussi peu profonds, les UV n’affectent pas les propriétés globales du polymère et ne se manifestent généralement que par un aspect « crayeux » à la surface du matériau au fil du temps.

Cependant, les matériaux plus cristallins comme le PP et le PVDF ne peuvent pas utiliser de charges. Ces matériaux dépendent de la croissance cristalline pour obtenir des propriétés supérieures. Les charges volumineuses entravent la croissance cristalline et ne sont donc généralement pas utilisées pour ces matériaux. Au lieu de cela, ils utilisent une combinaison de différents types d’antioxydants qui fournissent généralement les hydrogènes nécessaires aux réactions susmentionnées. La réactivité des additifs varie, ce qui confère aux matériaux une stabilité aux UV à court et à long terme, mais ils finissent malheureusement tous par manquer d’hydrogènes, et le polymère lui-même entame la réaction de dégradation aux UV. Dans des conditions environnementales normales, cependant, cela ne se produira pas avant des décennies et durera pendant toute la durée de vie prévue d’une canalisation. Outre les additifs internes, certaines mesures peuvent être prises après l’installation d’un tuyau pour minimiser les effets des UV et de la chaleur sur les matériaux des tuyaux. Tout d’abord, évitez l’exposition directe aux UV. Cela signifie que s’il s’agit d’une application extérieure, une mesure aussi simple que l’enfouissement du tuyau peut le protéger considérablement des UV. Si l’enfouissement n’est pas envisageable, une enveloppe flexible opaque ou isolante offrira également une protection contre les UV. L’éclairage intérieur peut également être une source d’UV en fonction du type et de l’âge du système d’éclairage, mais pas à la même intensité que le soleil, de sorte que les dommages causés par les UV peuvent prendre beaucoup plus de temps à se manifester. Il n’est donc pas inutile de se protéger contre les rayons UV directs, à l’intérieur comme à l’extérieur. Si vous souhaitez en savoir plus sur les matériaux qui composent les tuyaux et les vannes utilisés dans les applications chimiques et d’eaux usées, veuillez contacter Josh Goldberg à l’adresse suivante jgoldberg@asahi-america.com pour organiser un déjeuner-conférence.

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