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NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme ISO 75-1 d'avril 2013 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 75-1(T51-005-1) : Plastiques - Détermination de la température de fléchissement sous charge - Partie 1 : Méthode d'essai générale (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez les bulletins de veille normative VN2002 (Mars 2020) et VN2003 (Avril 2020).
RÉSUMÉ
Les rayonnements ionisants, initialement développés pour la stérilisation du matériel et la conservation de produits alimentaires, ont également donné lieu au développement de la chimie sous rayonnement, par formation de radicaux libres. Appliqués principalement aux polymères, ces traitements de polymérisations, de polyadditions, de coupures de chaîne, aboutissent notamment à des applications de dégradation et de réticulation des plastiques, ainsi que de greffage sur polymères. Cet article décrit les traitements industriels associés à ces modifications : la radioréticulation étant aujourd’hui la plus appliquée et le radiogreffage en plein développement.
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les rayonnements ionisants (électrons accélérés et rayons gamma γ – émis par une source de 60Co ou de 137Cs) ont été développés industriellement dès les années 1960 pour la stérilisation de matériel médico-chirurgical et la conservation de produits agroalimentaires.
Ils ont parallèlement donné lieu au développement de la chimie sous rayonnement, de type radicalaire, appliquée principalement aux polymères. En déclenchant un processus chimique de formation de radicaux libres, les rayonnements ionisants peuvent ensuite amorcer un certain nombre de réactions chimiques telles que des coupures de chaînes, des polyadditions, des polymérisations, etc., qui peuvent donner lieu à diverses applications, dont les principales sont :
-
la dégradation de plastiques (notamment pour améliorer leur recyclabilité ;
-
la réticulation de plastiques, de bois imprégné de résine ;
-
le greffage sur polymères.
Le traitement par rayonnement des matières plastiques était limité jusqu'ici à quelques applications : la fabrication du caoutchouc, du câble et du tube réticulés (tube pour le chauffage par le sol) ainsi que de la gaine thermorétractable. Il était essentiellement mis en œuvre avec des accélérateurs d'électrons de faibles énergies (0,1 MeV à 3 MeV), permettant uniquement des traitements en surface (limités à quelques millimètres de profondeur).
Les accélérateurs d'électrons de haute énergie (10 MeV) et les installations Gamma (fort pouvoir de pénétration du rayonnement) développés depuis, sont adaptés pour des traitements sur des épaisseurs beaucoup plus importantes allant de la taille d'un carton (plusieurs centimètres) à celle d'une palette (1 m), permettant ainsi le traitement de produits directement dans leur emballage.
Ce sont les traitements industriels réalisés sur plastiques au moyen de tels équipements qui sont décrits dans ce dossier, tant du point de vue de leurs effets que de leur mise en œuvre industrielle et de leurs applications.
La réticulation des plastiques et le greffage par les rayonnements ionisants (appelés encore respectivement radioréticulation et radiogreffage) sont plus particulièrement approfondis ici. En effet, la radioréticulation est aujourd'hui la plus appliquée et le radiogreffage, qui suscite de plus en plus d'intérêt par la multiplicité de ses applications, donne lieu à de plus en plus de développements.
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- Version archivée 1 de avr. 2002 par Sophie ROUIF
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2. Réticulation des polymères par les rayonnements ionisants
2.1 Polymères radioréticulables et co-agents de réticulation
La réticulation des polymères sous rayonnements ionisants concerne des thermoplastiques comme des élastomères et également des élastomères thermoplastiques (TPE). Le tableau ci-contre dresse une liste des polymères courants pouvant donner lieu à une réticulation sous rayonnements ionisants. Ils peuvent être réticulés tels quels pour certains et uniquement en présence d'un co-agent de réticulation pour d'autres (pour les polyamides, notamment) ou encore si leur structure chimique a été légèrement modifiée (avec plus d'insaturations, par exemple).
Parmi les thermoplastiques pouvant être réticulés sous rayonnements ionisants, une grande partie est constituée de polymères semi-cristallins. Dans ce cas, la réticulation se produit essentiellement au niveau de la zone amorphe car la structure figée des zones cristallines limite la probabilité d'association de deux radicaux libres [10].
Bien souvent, les polymères radioréticulables par nature sont formulés avec des co-agents afin d'obtenir un meilleur taux de réticulation pour une dose donnée.
Le co-agent de réticulation est une molécule porteuse de liaisons insaturées de type polyvinyliques, polyallyliques, polyacryliques ou encore polyméthacryliques, au moins bifonctionnelle.
Lorsqu'une fonction insaturée du co-agent polyfonctionnel s'additionne sur un radical libre de la chaîne polymère, il introduit de nouvelles fonctions insaturées réactives, qui vont s'additionner ensuite sur d'autres radicaux libres des chaînes du polymère, et permettre ainsi la réticulation.
Les co-agents couramment mentionnés dans la littérature sont indiqués dans le tableau ci-contre.
Il faut noter qu'un co-agent donné n'est pas forcément compatible avec n'importe quel polymère. Des couples polymère – co-agent doivent être respectés, comme par exemple :
-
polyamide + TAIC ;
-
PVC + TMPTMA ;
-
PE + TMPTMA ou PE + TAC ;
...
Il existe aujourd'hui un certain nombre de résines thermoplastiques modifiées ou formulées pour radioréticulation, chargées ou non, commercialement disponibles (tableau ci-contre).
Concernant...
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Réticulation des polymères par les rayonnements ionisants
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Radiation chemistry of polymeric systems (Chimie sous rayonnements des systèmes polymériques).
-
Manuel de radioactivité à l'usage des utilisateurs. Tome 2.
-
*
-
Ciba Speciality Chemicals – Crosslinking and long term thermo stability : a contradiction ? (Réticulation et stabilité thermique à long terme : une incompatibilité?).
-
*
-
Radiation chemistry of polymers (Chimie sous rayonnements des polymères)....
ANNEXES
1 Stations de traitement à façon par les rayonnements
(liste non exhaustive)
Ionisos http://www.ionisos.com
Usine de Dagneux (station gamma)
Usine de Pouzanges (station gamma)
Usine de Sablé (station gamma)
Usine Aube-Champagne (accélérateur d'électrons)
Usine d'Orsay (Laboratoire CARIC) (accélérateur d'électrons)
HAUT DE PAGE2 Fournisseurs de résines polymères radioréticulables
(liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
Agence Internationale pour l'Énergie Atomique AIEA [International Atomic Energy Agency IAEA]
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