Diffusion de matières au sein des matériaux polymères

La diffusion de matière est un phénomène chimique fréquent qui concerne tous les domaines d’activités industriels : de l’automobile à la cosmétique, en passant par l’alimentaire, le pharmaceutique et l’industrie chimique. Les industriels peuvent tous être concernés par une migration d’espèces chimiques, qu’elle soit délibérée ou bien non attendue.

La surface a un rôle prépondérant pour les matériaux, c’est la seule zone facile d’accès que l’on peut modifier pour protéger un matériau des phénomènes de corrosion, d’usure, ou bien pour lui conférer des propriétés particulières (esthétique, adhérence, résistance chimique, résistance mécanique, etc.).

Ces diffusions massiques peuvent être de différentes natures chimiques, elles peuvent se réaliser en surface d’un matériau (adsorption de matière) ou bien en profondeur (absorption de matière).

Ces deux types de migrations peuvent par exemple se présenter selon les phénomènes suivants :

Diffusion de matière délibérée :

  • Halogénation : procédé de diffusion d’un halogène dans un matériau, lui conférant des propriétés particulières, telle que la fluoration : diffusion de fluor en surface d’un matériau dans le but de le rendre imperméable (fluoration des emballages en polyéthylène, fluoration de l’eau pour l’hygiène dentaire, etc.).
  • Vulcanisation : procédé chimique consistant à incorporer du soufre à un élastomère,  afin d’en améliorer sa résistance en le rendant plus élastique (vulcanisation du caoutchouc des pneus, vulcanisation de joints d’étanchéité, etc.).

Diffusion de matière non attendue :

  • Interaction contenant/contenu : diffusion de matière d’un matériau à l’autre au niveau de l’interface (diffusion d’éléments d’une bouteille dans une boisson engendrant un « goût » plastique, diffusion d’éléments entre un parfum et son contenant provoquant une modification de formulation du parfum et une variation de couleur du contenant, etc.).
  • Contamination : absorption ou libération de matière sous forme gazeuse, liquide ou solide par un matériau (absorption de mercure gazeux par des cheveux, absorption de gaz toxique par une denrée alimentaire, absorption de pesticides par des végétaux, libération du colorant d’un vêtement sur la peau, etc.).

Pour identifier la nature chimique d’espèces ayant migré au sein d’un matériau, ou bien déterminer la répartition d’espèces chimiques au sein d’un matériau, diverses analyses peuvent être réalisées :

  • Rechercher, identifier et quantifier les éléments ayant été absorbés
  • Définir la profondeur de pénétration des éléments ayant migré au sein du matériau
  • Déterminer la répartition des éléments pénétrants en surface ou en profondeur (gradient de concentration, ségrégation, etc.)
  • Obtenir des cartographies chimiques et des profils de concentrations en 3D

L’ensemble de ces analyses se réalisent à l’aide des techniques suivantes :

  • Par Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG) ou Liquide (HPCL), pour identifier les pénétrants organiques

o    Par Microscopie Electronique à Balayage couplée à une microsonde EDX (MEB-EDX) en coupe transversale, pour des épaisseurs d’analyses micrométriques

o    Par Spectrométrie Photoélectronique X (XPS, technique non-destructive), pour des épaisseurs d’analyses inférieures au micromètre

o    Par Spectrométrie de Masse à Ionisation Secondaire à Temps de Vol (TOF-SIMS, technique destructive), pour des épaisseurs d’analyses inférieures à 10 Å

Le laboratoire FILAB a acquis une expérience significative dans l’expertise des matériaux, notamment la caractérisation de surface de matériaux polymères. FILAB peut vous accompagner dans vos projets et vos besoins.

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