Etude par XPS, ATG et DSC du vieillissement naturel et artificiel du polypropylène

Abstract

Dans le but de contribuer à la compréhension du phénomène du vieillissement des polymères, une étude à court terme a été menée sur le polypropylène (PP). Dans le présent travail, nous avons étudié l’effet de deux types de rayonnement sur le vieillissement du PP. le premier est naturel sous l’effet des intempéries, le deuxième est artificiel sous l’effet d’une lampe incandescente commerciale de 100W. Le phénomène de vieillissement du PP est étudié au moyen de la spectroscopie XPS, une étude comparative a été portée sur deux périodes de vieillissement, 60 et 80 jours. Les résultats de l’analyse quantitative montrent une oxydation de la surface du matériau vieilli, causée essentiellement par l’action combinée des rayonnements solaires et de l’oxygène. Ce dernier est le principal agent en surface, surtout dans le cas du vieillissement naturel où le rayonnement solaire accélère l’oxydation de la surface du PP par rupture de la liaison C-H. La synthèse des pics C1s et O1s a permis une meilleure compréhension des mécanismes (réactionnels) chimiques, en termes de liaisons carbone-oxygène (C=O, C-OH et O=C-O) responsables de la photooxydation. L’évolution de la dégradation thermique de ces échantillons, a été étudiée par Analyse Thermogravimétrique (ATG). L’étude comparative des deux types de vieillissement, montre que la dégradation thermique du PP est une fonction croissante du temps de vieillissement. En particulier, pour une même durée, cette dégradation thermique est plus importante dans le cas du vieillissement artificiel que dans celui naturel et est accrue pour la durée de 80 jours. L’effet thermique continu et prolongé causé par la lampe, dans le cas du vieillissement artificiel, fragilise plus le polymère, entraînant une accélération plus importante du processus de dégradation. Une nouvelle méthode a été utilisée pour le calcul de l’énergie d’activation Ea. L’étude de l’évolution de cette dernière en fonction de la perte de masse α, a montré qu’elle décroît d’une façon presque linéaire en fonction α pour les différents types d’échantillon. Alors qu’elle croit en fonction du temps d’exposition et donc de la réticulation du polymère. Enfin une analyse par DSC a permis de montrer que pour le vieillissement naturel, les enthalpies de fusion et cristallisation, les températures de fusion, de cristallisation et de transition vitreuse varient d’une manière croissante en fonction du temps d’exposition. Alors que pour le cas du vieillissement artificiel, la valeur de l’empathie∆Hc, relative au PP 80 jours est inférieure à la valeur du PP 60 jours, de même pour les températures de fusion et de cristallisation. Cette inversion concorde parfaitement avec l’inversion constatée pour les énergies d’activation Ea. Ce résultat confirme une interruption brutale de l’accroissement de cristallisation au cours du vieillissement thermique prolongé. Cela est due à une destruction des segments de chaînes macromoléculaires du matériau : les rayonnements thermiques ont modifiés la morphologie du polypropylène.