Amélioration de liantS par ajout de Propriétés stabilisantes En CoexTrusion – ASPECT

Les films multicouches présentent un grand intérêt car ils permettent de réaliser des compromis de propriétés, chaque couche de polymère jouant un rôle spécifique (mécanique, barrière…). Pour réaliser l’adhésion entre les polymères en présence, il est nécessaire d’introduire une fine couche de liants, généralement des copolymères diblocs, pour qu’ils s’enchevêtrent de part et d’autre de l’interface.
Le multimatériau est souvent réalisé par coextrusion, rassemblant les polymères extrudés dans un même outillage pour obtenir une structure multicouche. Le copolymère y est formé in situ, par réaction de greffage à l’interface.
La réalisation de telles structures reste un défi car des instabilités interfaciales naissent dans la filière, et ceci dépend des conditions de coextrusion. Ces défauts peuvent être amplifiés par les opérations de formage ultérieures.
Il est prouvé que l’architecture moléculaire des liants a une grande influence sur ces instabilités, mais les mécanismes sous-jacents sont mal maîtrisés (tension interfaciale, rhéologie, écoulement), mais il est clair que la stabilité du procédé résulte d’une cascade de phénomènes multi-échelles : nano (réaction de greffage), micro (épaisseur du liant et de la zone proche de l'interface entre polymères) et macro (écoulement).

En outre, les déchets de production de ces films doivent être recyclés, souvent par compoundage/re-extrusion. Or on y observe des perturbations d’écoulement et des propriétés finales du produit altérées, du fait que les polymères recyclés sont incompatibles. Une optimisation du recyclage passe donc aussi par une optimisation des liants.

C’est l’objectif du projet ASPECT de comprendre l’influence de l’architecture moléculaire des liants sur le développement des instabilités de coextrusion, dans le but :
- d’optimiser les conditions de coextrusion et la recyclabilité mécanique,
- définir une méthodologie rationnelle pour la conception de nouveaux liants permettant d’obtenir des propriétés améliorées.

Pour atteindre ces objectifs, ce projet associe :
- ARKEMA, spécialisé dans la fabrication de polymères fonctionnels, aux compétences reconnues dans la réalisation de liants; LEYGATECH, une PME innovante spécialisée dans le soufflage de gaine multicouches à forte valeur ajoutée; BARBIER, un transformateur de polyoléfines spécialisé dans le recyclage mécanique ;
- l’Université d’Orsay-LPS a une expertise expérimentale et théorique dans la quantification du greffage interfacial, et son incidence sur l’adhésion ; Armines-Cemef a une expertise expérimentale et de modélisation de ces instabilités ; INSA de Lyon-IMP a étudié expérimentalement l’impact de l’affinité physico-chimique des deux polymères sur les instabilités.

Le projet de recherche est divisé en 6 tâches scientifiques.
- Sélection et caractérisation des polymères à utiliser pendant la totalité du projet ; choix préliminaire de liants modèles réputés présenter des instabilités de coextrusion.
- Caractérisation rhéologique du système multimatériau et des modifications de la tension interfaciale, en lien avec les mécanismes de greffage.
- Test des adhésifs choisis sur des machines de laboratoire puis industrielles de façon à tester les paramètres d’extrapolation entre les deux échelles ; la même démarche sera effectuée sur les adhésifs optimisés.
- Réalisation d’expériences modèles, en conditions statiques pour observer et comprendre le développement simultané du greffage interfacial et des instabilités, puis dynamiques pour tester l’influence du cisaillement et de l’élongation.
- Elaboration d’un modèle macroscopique réaliste pour rendre compte de l’incidence du greffage sur la rhéologie et la tension interfaciale. Développement de calculs de stabilité, par méthodes de stabilité linéaire puis simulation directe.
- Développement de nouveaux liants et démonstration de leur efficacité, c'est-à-dire le meilleur équilibre entre propriétés optiques, adhésion, stabilité et haut niveau de recyclabilité.