Introduction
Les rhéomètres capillaires à haute pression constituent la solution de référence pour comprendre le comportement des matériaux dans des conditions réelles de transformation. Il est également bien connu que la température a une influence majeure sur la viscosité des polymères. C'est pourquoi les rhéomètres à capillaires d'NETZSCH s mesurent les propriétés rhéologiques sensibles à la température, qui sont liées aux températures de transition ainsi qu'à la température et à la cinétique de dégradation déterminées par DSC et TGA. Cependant, les rhéomètres à capillaires soumettent l'échantillon à la fois à une température et à un cisaillement, ce qui permet d'étudier la dégradation dans des conditions de processus complètes et de prévenir les problèmes.
Expérimental
La viscosité d'un échantillon de PHBH a été mesurée à 170 °C en appliquant des vitesses de cisaillement comprises entre 100 000 s⁻¹ et 100 s⁻¹. Immédiatement après cette analyse initiale, la viscosité a été mesurée en faisant varier la vitesse de cisaillement de faible à élevée, sans changer d'échantillon. Ensuite, une nouvelle mesure a été effectuée sur un échantillon fraîchement chargé. La viscosité d'un échantillon de PHBV a été mesurée deux fois à 200 °C lors de deux chargements.
PHBV vs PHBH
Le PHBV et le PHBH sont des biopolymères biodégradables. Les différents comonomères leur confèrent des caractéristiques distinctes en termes de souplesse, de cristallinité et de comportement à la transformation.
PHBV = poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalérate)
PHBH = poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate)
Résultats
Les valeurs de viscosité de cisaillement sont plus faibles dans la deuxième partie de la mesure (à des vitesses de cisaillement croissantes) de la première NOTE D'APPLICATION « Biopolymères – Rhéomètre capillaire – Chargement en PHBH » (figure 1). Cela est très probablement dû à la Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition thermique du biopolymère. De plus, on a observé que plus la mesure avance, plus la couleur de l’extrudat s’assombrit. C’est également un signe de dégradation. La deuxième mesure, réalisée sur un deuxième échantillon (courbe bleue), montre la bonne répétabilité des résultats, à condition d’utiliser la même procédure de préparation des échantillons afin d’obtenir des temps de rétention similaires dans le rhéomètre capillaire à 170 °C.
Les données brutes (c'est-à-dire les courbes de pression) n'ont montré aucune instabilité au cours de la mesure (figure 1).
Les résultats obtenus pour le PHBV semblent reproductibles (figure 3). Cependant, les courbes de pression montrent qu'une Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition se produit pendant la mesure : à un taux de cisaillement donné, la pression diminue au lieu d'atteindre un plateau (figure 4). Plus le taux de cisaillement est élevé, plus cet effet est important. Cela s’explique par l’échauffement par cisaillement, qui est plus prononcé à des taux de cisaillement élevés. Cela entraîne une augmentation de la température et, par conséquent, une Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition plus rapide.
Conclusion
L'échantillon de PHBH subit une dégradation à 170 °C, qui dépend de la durée d'exposition aux températures élevées, tandis que le PHBV à 200 °C est en outre sensible au niveau de cisaillement, ce qui entraîne un auto-échauffement lorsque ce niveau est élevé.
Seuls les rhéomètres capillaires sont capables d’analyser l’influence d’un taux de cisaillement élevé à la température de transformation sur les échantillons de polymères.
Remerciements
Nous tenons à remercier le lycée Jean Zay de Thiers, en France, pour nous avoir fourni les échantillons, ainsi que la société GBCC (Green Business & Consulting Company) pour ses commentaires sur les résultats.