Patrick Sauvegrain (Laboratoire national de métrologie et d essais) Le phénomène de migration des matières plastiques

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Virgile Lebrun
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1 Patrick Sauvegrain (Laboratoire national de métrologie et d essais) Le phénomène de migration des matières plastiques

2 Nature du phénomène

3 M a t é r i a u A l i m e n t Définition de la migration En science des matériaux, la migration est le déplacement d'espèces chimiques 3

4 La migration est un transfert de substances lié à l agitation moléculaire Atmosphère Matériau Aliment 4

5 Migration globale (Migrat) et migration spécifique (Migrant) c A B A c B A c B A B c A c B Migration Globale dans des simulants (LMG = 10 mg/dm²) A + Migration des substances non volatiles (Substances A + B) B Migration Spécifique dans des aliments ou simulants (LMS en mg/kg) Migration de la substance A A Migration Spécifique dans des aliments ou simulants (LMS en mg/kg) c Migration de la substance C 5

6 Les paramètres d influence de la migration

7 La migration d une substance est fonction de sa concentration initiale dans le matériau Matériau avec concentration C de la substance Aliment Matériau avec concentration 2 x C de la substance Aliment 7

8 La migration d une substance est fonction de l épaisseur du matériau Matériau d épaisseur E Aliment Matériau d épaisseur 2 x E Aliment 8

9 La migration d une substance est fonction de la surface de contact du matériau avec l aliment Objet de surface S Aliment Objet de Surface 2 x S Aliment 9

La migration d une substance est fonction de la structure du polymère et de sa température de transition vitreuse (Tg) Etat du polymère à T C ambiante Exemple de polymère Risque de migration Les

10 La migration d une substance est fonction de la structure du polymère et de sa température de transition vitreuse (Tg) Etat du polymère à T C ambiante Exemple de polymère Risque de migration Les zones amorphes sont les zones de diffusion des additifs Semi-cristallin vitreux Semi-cristallin caoutchoutique PET + PE, PP Amorphe vitreux PS, vernis ++ Les zones amorphes peuvent se présenter sous 2 états en fonction de la Tg du polymère : Vitreux ou caoutchoutique Amorphe caoutchoutique Elastomères Source : Guide ACTIA «Aptitude au contact des aliments Guide pratique à l usage des industriels» 10

11 La migration est fonction du coefficient de diffusion de la substance D (en m²/s) Ajout d un colorant dans l eau Mélange en cours Mélange homogène Dans un système à une phase, seule la différence de concentrations explique le transfert d une substance fonction de son coefficient de diffusion Phénomène de migration des matières plastiques 11

12 Le coefficient de diffusion D diminue avec l augmentation de la masse moléculaire des migrants Log (D) Phénomène de migration des matières plastiques Valeurs expérimentales à 23 C dans le LDPE pour une série de n alcanes et autres composés organiques Valeurs calculées pour 23 C dans le LDPE pour une série de n alcanes et autres composés organiques Masse moléculaire (g / mole) Source : Otto G. Piringer

13 La migration est liée à la différence des concentrations de la substance et au coefficient de partage K (sans unité) Matériau Aliment C I C (x,t) C (y,t) C P C F K C C Eq F Eq P Mise en contact des 2 phases Diffusion de la substance Equilibre des 2 phases Dans un système à deux phases, l équilibre thermodynamique est atteint lorsque le flux des molécules qui migrent vers l aliment est égal au flux des molécules qui migrent vers le matériau 13

14 Migration Phénomène de migration des matières plastiques Influence du temps de contact : La cinétique de migration des substances C F mg /kg Concentration à l équilibre K La migration est souvent linéaire en fonction de la racine carrée du temps Temps / Temps 14

15 Migration Phénomène de migration des matières plastiques Influence de la température: Le coefficient de diffusion augmente rapidement avec la température (Loi d Arrhénius) Température D = D 0 Exp(-Ea/RT) Ea = 80 kj/mole 15

16 M a t é r i a u A l i m e n t Concentration de la substance Structure du matériau Propriétés de la substance Epaisseur du matériau Température et temps de contact Géométrie de l emballage 16

17 Les équations de diffusion de la matière L origine de la diffusion est l agitation thermique. Le déplacement des espèces chimiques peut se modéliser par le mouvement brownien. 1ere loi de Fick Le flux de diffusion est proportionnel au gradient de concentration (J(x)= -D. C (x,t) / x) 2 ème loi de Fick La variation de la quantité d espèces dans un volume est égale au bilan des flux entrant et sortant ( C (x,t) / t = D.( 2 C (x,t) / x 2 ) Le coefficient de diffusion suit une loi d Arrhénius 17

18 Substances d intérêt des matières plastiques

19 Le polymère ne migre pas dans les aliments Phénomène de migration des matières plastiques Substances des matières plastiques qui migrent dans les aliments Les plus petites molécules et celles sans liaison chimique avec le polymère peuvent migrer dans les aliments (Monomères, additifs, auxiliaires technologiques, produits de dégradation) 19

20 Exemple de monomères des matières plastiques PC Bisphénol A, Chlorure de carbonyle PP Propylène PVC Chlorure de vinyle PET Acide téréphtalique MEG/DEG PTFE Tétrafluoroéthylène PE Ethylène, 1 Hexène, 1 Octène PS Styrène 20

21 Exemples d additifs des matières plastiques Plastifiants (Ex : Phtalates, Adipates, ESB) Charge (Ex: Carbonate de calcium, silice) Lubrifiants (Ex: Erucamide, oléamides, cires) Antioxydants (Ex: Phénoliques, phosphites) Matières colorantes Absorbeurs d UV (Ex : benzophénone) Stabilisants (Ex: organoétains) 21

22 Risques de contamination en fonction de la nature du polymère Nombre de substances dans la formulation Présence de produits de dégradation PE PP PS PVC PET Source : UMR IATE (Montpellier) Risque de contamination 22

23 Votre contact Patrick Sauvegrain Expert Formateur Auditeur Matériaux et emballages au contact des aliments Laboratoire national de métrologie et d essais Direction des Essais 29, Avenue Roger Hennequin TRAPPES Cedex Laboratoire national de métrologie et d essais

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