Comprendre et prévenir la formation des substances toxiques présentes non-intentionnellement (NIAS) dans les pièces plastiques usuelles – NIAS

La méthodologie choisie comprend deux parties principales.

Dans un premier temps, un polymère et ses additifs les plus courants sont mélangés dans un mélangeur interne, dans les conditions les plus proches possibles des procédés industriels. Outre le mélangeage lui-même, les conditions expérimentales (temps de mélangeage, température, vitesse de rotation des vis) ont été variées afin d'évaluer l'influence de ces paramètres sur la production de NIAS, les reliant à l'énergie mécanique spécifique subie par le polymère. Cette partie a été bien maîtrisée et n'a pas nécessité de travaux particulier complexe.

Dans un second temps, le plus compliqué a été de trouver les méthodes physico-chimique permettant d'extraire les NIAS sans les dégrader ni créer de nouveaux NIAS lors de ces manipulations. d'extraction. Il a fallu ensuite identifier la nature chimique de ces NIAS, en précisant s'ils étaient présents dans le polymère de départ ou non, et surtout mesurer les quantités présentes. Toute la batterie classique d'analyse chimiques a été mobilisée, en particulier NMR, GC-MS et GC-FID.

Formation et la caractérisation des substances non intentionnellement ajoutées (NIAS) dans le polypropylène (PP)

L'objectif principal de ces travaux était d'élucider les mécanismes régissant la formation des NIAS tout au long du cycle de vie du polypropylène. Une approche modèle a été développée, dans laquelle le polypropylène a été formulé à partir d'un polymère de base bien défini, combiné à des additifs industriels sélectionnés. Cette stratégie a permis un contrôle précis de la composition du matériau et un suivi rigoureux des voies de dégradation et des produits de transformation. L'une des contributions majeures de ces travaux réside dans le développement d'une méthodologie analytique intégrée capable de saisir la complexité chimique des NIAS. Les résultats démontrent que la formation de NIAS dépend fortement de la nature chimique des additifs utilisés dans la formulation. L'effet du recyclage mécanique a été étudié par des cycles d'extrusion répétés, simulant les conditions de recyclage industriel. Les résultats indiquent une accumulation de produits de dégradation et une modification progressive du profil chimique du matériau.

Nouvelle méthode d'extraction, d'identification et de quantification NIAS dans le polystyrène.

Afin de mieux comprendre la formation des NIAS et l'influence des paramètres de transformation, une approche systématique a été développée dans cette étude. Un polystyrène vierge, mélangé à des quantités connues d'additifs standards, a servi de matériau modèle. Une nouvelle méthode d'extraction a été mise au point, permettant l'identification et la quantification des IAS et des NIAS dans une matrice de polystyrène. Le protocole d'extraction a été réalisé à température ambiante, en un temps court (2 heures) afin d'éviter la formation de NIAS non liées au processus de recyclage.

Impact et interaction des additifs sur la formation de NIAS et la rhéologie du polystyrène

L'étude rhéologique a révélé que l'augmentation de la quantité d'additif induisait une réduction de l'énergie mécanique spécifique, de la viscosité et de l'énergie d'activation, ce qui signifie que les matériaux pourraient être soumis à des contraintes et à un auto-échauffement moindres, susceptibles de favoriser la formation de NIAS pendant la transformation. De plus, le remplacement des retardateurs de flamme polybromés classiques (comme le DBDE) par des alternatives telles que les retardateurs de flamme inorganiques (hydroxyde de magnésium dans notre cas), qui pourraient réduire l'utilisation d'additifs toxiques et la production de NIAS toxiques, accroît paradoxalement la formation de NIAS et affecte fortement la rhéologie du matériau.

Les travaux ont permis de poser des jalons montrant qu'il est possible de mettre au point des méthodes d'extraction de NIAS plus rapides et plus sures. Il st indispensable de continuer à soutenir ce domaine scientifique, probablement à une échelle internationale, afin que les mêmes méthodes soient utilisées, permettant des comparaison pertinentes.

Un autre aspect que ce projet à ouvert est l'utilisation d'outils simples de préparation des plastiques. A la place d'analyser des matières plastiques produites industriellement, pour lesquels le secret des affaires ne permet pas de connaître ni les additifs utilisés, ni les conditions de mélangeage et de de mise en forme. Cette méthode, dont nous avons montré tout l'intérêt, nous semble un outil à développer, là aussi avec des méthodologies partagées avec les laboratoires impliqués.

Enfin, le recyclage semble être une source importante de NIAS. Cet aspect mérite que l'on s'y intéresse de façon approfondie.

Aucune à ce stade

Les polymères thermoplastiques sont toujours mélangés à des additifs. Ces additifs, parfois avec des interactions avec les impuretés présentes dans le polymère, réagissent pendant les étapes de mélangeage et de mise en forme utilisées pour produire un matériau.
Ces réactions chimiques indésirables conduisent à de nombreuses substances toxiques non ajoutées intentionnellement, appelées NIAS. La présence de NIAS est connue, mais elle n'est mesurée que dans le cas limité des produits de qualité alimentaire. La littérature actuelle publiée sur les NIAS étudie les produits industriels à base de polymères, n'ayant donc aucune connaissance de la composition chimique exacte des additifs utilisés et des conditions de mise en forme.
Ce projet se démarque de ces études en traitant trois polymères majeurs bien caractérisés avec leurs additifs les plus courants afin de comprendre comment les NIAS se forment, d'évaluer leur toxicité, de voir si leur occurrence peut être diminuée en modifiant les paramètres de traitement et d'évaluer si le recyclage des polymères augmente les montants du NIAS. Cette méthodologie va au-delà de l’état de l’art actuel.
Pour atteindre ces objectifs, les polymères et additifs seront mélangés et mis en forme dans des conditions bien définies et contrôlées grâce à l’utilisation d’un parc de mini-machines de mise en forme des polymères. A chaque étape de mélangeage et de mise en forme, les NIAS seront extraits, identifiés, leur toxicologie estimée et leurs synthèses chimiques liée aux histoires thermomécaniques vécues lors du mélangeage et de la mise en forme, à l'aide d'une simulation numérique de ces processus.
Nous allons (a) démontrer comment les NIAS sont formés, même dans des conditions très classiques et simples, avec seulement quelques additifs utilisés, (b) montrer qu'en modifiant les conditions de traitement, la quantité et le danger de NIAS peuvent être diminués et (c) évaluer la sécurité de recyclage.