Comment FILAB a aidé l’un de ses clients à comprendre un phénomène de jaunissement d’un silicone ?
Les silicones sont aujourd’hui largement utilisés dans différents domaines grâce à leurs propriétés physico-chimiques remarquables telles qu’une très bonne stabilité thermique, une grande résistante à l’oxydation, à l’hydrolyse, ainsi qu’une excellente perméabilité aux gaz. Enfin, leur absence de toxicité et leur inertie chimique permettent l’emploi de nombreux types de silicones en cosmétique, dentisterie, médecine, chirurgie, pharmacie et dans les industries alimentaires.
Dans le cadre de son process de moulage de composants pour application médicale, notre client a rencontré des problèmes de jaunissement sur un lot de matière, alors utilisé sur plusieurs équipements, phénomène qui s’est amplifié au moment de la recuisson en étuve. C’est après des premières investigations internes que FILAB a été sollicité pour comprendre l’origine du phénomène.
L’étude comparative : une méthodologie indispensable
Dans le cadre d’expertises de défaillances, il est très bénéfique, lorsque c’est possible, de pouvoir comparer l’échantillon non conforme à un échantillon dit conforme, c’est-à-dire sur lequel le phénomène de dégradation n’a pas été observé. Cela permet de pointer plus rapidement l’origine d’un défaut. Dans ce cas, notre client a pu nous fournir un échantillon d’un lot conforme puis un d’un lot non-conforme.
La première hypothèse analytique a été celle d’une pollution externe ayant impacté la formulation du lot non-conforme. Ici, nous avons proposé d’étudier les pollutions organiques par GC-MS, et les pollutions inorganiques par ICP-AES.
La seconde hypothèse était celle de déterminer les propriétés thermiques des deux matières pour savoir si le lot non-conforme a pu être impacté par la température du process. Les données ont été obtenues par analyse thermogravimétrique (ATG).
Ces deux premières approches analytiques ont conclu sur le fait que le jaunissement ne provenait pas d’une pollution inorganique ou organique, ni d’un comportement différent des matières vis-à-vis de la température. En revanche, la GC-MS a mis en évidence des différences de formulation qu’il a fallu valider à l’aide d’analyses complémentaires.
La combinaison de plusieurs techniques est souvent nécessaire pour comprendre un phénomène
Spectres ATG des différents échantillons
La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier
La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) est une méthode d’analyse particulièrement utilisée pour l’étude des polymères. Son analyse se fait via l’identification des liaisons chimiques entre les atomes qui le constituent. Elle permet aussi de rendre compte de la dégradation anormale d’un matériau, par comparaison d’échantillons dégradés et neufs, ou encore de caractériser des mécanismes de réticulation.
Après étude des spectres, l’expertise IRTF n’a pas permis de mettre en avant de différence significative de composition.
En complément des résultats obtenus précédemment, c’est finalement la spectroscopie RMN, une technique qui exploite les propriétés magnétiques de certains noyaux atomiques, qui a permis de montrer que les formulations des deux silicones n’étaient pas équivalentes. Ici, la RMN par exemple mis en évidence que :
- La gomme présentant le jaunissement montre la présence de liaisons vinyles, absentes dans la gomme qui reste blanche.
- Le phénomène d’absorption de l’eau en surface de silice est aussi visible pour l’échantillon non-conforme alors qu’il ne l’est pas pour le silicone conforme.
- La présence de carbone en plus grande quantité joue aussi probablement sur le jaunissement.
- Le silicium est pour finir plus présent dans le lot non-conforme.
Pourquoi FILAB ?
FILAB dispose de nombreuses compétences et de techniques de caractérisation des silicones adaptées à diverses besoins tels que:
- La déformulation d’un silicone inconnu
- L’étude de comportements thermiques de silicone par DSC ou ATG
- La recherche d’impuretés sur des huiles ou fluides siliconés
- L’expertise de défaillances sur des silicones : problème d’odeur, de couleurs, pollutions, dégradation…
Les autres études qui pourraient vous intéresser
Vitesse de corrosion : le choix stratégique de matériaux
L’un de nos clients a souhaité tester la résistance de ses échangeurs thermiques à la corrosion. En savoir +Fer puddlé - rénovation d'abbaye
Déterminer la composition des structures métalliques de l'abbaye pour la rénover en respectant sa splendeur architecturale En savoir +Prestations associées à l'étude de cas
Notre FAQ
La démarche consiste à comparer un lot jauni à un lot conforme, puis à tester plusieurs hypothèses : contamination, comportement thermique et différence de formulation. Dans cette étude, FILAB a associé GC-MS, ICP-AES, ATG, IRTF et RMN. Leur complémentarité a permis d’identifier des différences entre les formulations des deux silicones.
Un échantillon conforme apporte une référence pour isoler les différences liées au défaut. Dans cette étude, la comparaison des deux lots a aidé à examiner les hypothèses de pollution et de sensibilité thermique, puis à orienter l’analyse vers la formulation. La référence doit être choisie dans des conditions aussi comparables que possible au lot non conforme.
L’analyse thermogravimétrique mesure les variations de masse de l’échantillon au cours d’un programme thermique. Elle permet de comparer certains comportements des deux matières lors du chauffage. Dans cette étude, les résultats n’ont pas mis en évidence de différence permettant d’expliquer le jaunissement par les seuls comportements thermogravimétriques mesurés.
L’IRTF et la RMN explorent des informations structurales différentes et peuvent être complémentaires. Dans ce cas, l’IRTF n’avait pas révélé d’écart significatif, tandis que la RMN a mis en évidence des différences entre les formulations, notamment la présence de groupes vinyles dans la gomme jaunissante. L’absence d’écart avec une technique ne clôt donc pas nécessairement l’investigation.
Les différences de formulation constituent des pistes explicatives à rapprocher des conditions du procédé. Dans cette étude, la RMN a montré que les deux silicones n’étaient pas équivalents et a permis d’orienter l’interprétation du défaut. Des essais ciblés peuvent ensuite aider à vérifier le rôle des constituants identifiés et à évaluer les modifications proposées.
Laboratoire d’analyses et d’expertises spécialisé pour les industriels
