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CARMA : Centre d’Animation Régional en Mat ériaux Avancés
Région Provence-Alpes-Côte d ’Azur
Matériaux faiblement perméables :
quelques domaines d’applications
L’emballage
alimentaire
Matériaux faiblement perméables :
pourquoi
L’emballage
alimentaire
Le packaging électronique
Le packaging électronique
- Bon isolement, électrique
L’implantation médicale
- Étanchéité (polymères)
- Amélioration des conditions
de conservation,
- Herméticité (céramiques,
métaux)
- Diminution des épaisseurs
pot de yaourt :
« Emballages - Films multicouches »
6,5 g en 1968
- Dans le cas d’implants (ballons,
prothèses mammaires, réduction de
la diffusion de certains produits (gaz,
gel pour prothèses mammaires)
3,3 g en 1991
ISITV, La Valette du Var, 15 octobre 2004
L’implantation médicale
- Dans le cas des surmoulages de
l’électronique, protection vis à vis de
la stérilisation (oxyde d’éthylène et
vapeur d’eau)
La perméabilité des polymères
La perméabilité des polymères
Membranes
Emballage ou surmoulage (packaging) :
barrière aux gaz (O2 , N 2, CO2 et H20 vapeur)
Matériaux de surmoulage
monocouches
monocouches
(thermoplastiques extrudés et extrudés
soufflés ou élastomères vulcanisés)
(résines thermodurcissables)
monocouches composites
(nanoparticules d’argiles)
multicouches (thermoplastiques
La perméabilité : eau/vapeur eau
coextrudés ou coextrudés soufflés)
matériau poreux : perméable à l’eau (l’eau liquide traverse la membrane)
membranes revêtues
matériau non poreux : perméable à la vapeur d’eau (l’eau ne traverse la
membrane que sous sa forme gazeuse (vapeur d’eau)).
(enduction, dépôts sous vide
(aluminium, alumine, silice, carbone))
multicouches
(résines thermodurcissables ou
résine sur membranes élastomères
ou complexes)
monocouches revêtues
(dépôts sous vide m étal, parylène)
Les polymères de l’emballage
Polymères moyenne barrière :
Polymères non barrière :
PVC (polychlorure de vinyle) :
PS (polystyrène) : barquettes, boîtes à œufs,
boîtiers, bouteilles, films, flacons,
gobelets plats, plateaux, pots de yaourts
PEHD (Polyéthylène haute densité) :
bouteilles (lait), flacons (cosmétique), tubes, bouchons, bidons
(huile moteur, prod. chim.), r éservoir (essence, eau)
fûts et conteneurs, caisses et casiers, canalisations (gaz et eau)
films pour routage, bouchons vissés, sacs, tuyaux et tubes, gaines
isolantes, bouchons, couvercles
PP (Polypropylène) :
PET (Poly éthylène tér éphtalate) :
boites (viandes, pâtisserie), blisters (plaquettes
médicaments), boites à œufs, bouteilles (boissons
gazeuses), emballages de cosmétique, gants
PA (Polyamide) :
emballages de produits alimentaires
« Flacons PEHD »
emballages, seringues, flacons
barquettes (beurre, margarine)
barquettes pour micro-ondes, pots de yaourts, conteneurs
emballages, canalisations d'eau,
barquettes, boîtes alimentaires, bouteilles d'eau
minérale, flacons, gouttières, tuyaux
« Flacons PP »
EVOH (copolymère éthylène-alcool vinylique) :
Formule chimique
Polymères haute barrière :
EVOH (éthylène-alcool vinylique) : formule chimique -(CH2-CH2) m---(CH2OH-CH)n-
PE (résistant à l’eau)
-(CH2-CH2)-m
PVDC (polychlorure de vinylidène) : formule chimique (CH2-CCl2)n
-(CH2-CH)-n
¦
OH
4,70% 1,80%
12,30%
Autres
Canalisations
2,20%
EVOH
-(CH2-CH2) m---(CH2-CH)n¦
OH
PAN (polyacrylonitrile) : formule chimique (CH2=CH-CN)n
Applications :
emballages pour nourritures lyophilisées.
PVOH (barrière aux gaz)
Réservoirs à gaz
Tubes
12,50%
52,90%
Bouteilles
Feuilles
13,50%
Films
« 2005 : 81260 MT »
L’EVOH est un polymère unique qui combine les propri étés
barrières du PVOH (alcool polyvinylique) et la facilit é de mise en
œuvre du PE.
PA amorphe : formule chimique - (NH - (CH2)a – CO) – (avec a entier naturel )
canalisation carburants, emballages de produits alimentaires, mécanismes des
compteurs d'alimentation en eau, gaz, électricité
Propriétés barrières excellentes mais influencées par l’humidit é
Recyclage possible.
« Emballages nourriture
lyophilisée (NASA) »
PVDC (Polychlorure de vinylid ène) :
Formule chimique
PAN (Poly acrylonitrile) :
PVDC (Polychlorure de vinylid ène) :
Formule chimique
PAN (Poly acrylonitrile) :
Propriétés barrières non influencées par l’humidit é
Peut être extrudé ou mis en œuvre sous forme de latex ou de solution
« Fibres PAN pour ultra filtration »
Propriétés barrières sensibles à la température
Fourchette de températures de mise en œuvre étroite
Applications :
Difficilement recyclable
fibres, fil à tricoter, vestes, pull-overs, rideaux, meubles, tapis,
couvertures
Comparaison propriétés mécaniques
Comparaison perméabilité à la vapeur d’eau
Propri étés physiques
PA 6
4,01574
Polym ères
Rigide
ou
Souple
(R ou S)
PEBD
S
0,92
0,5 à 1,6
6 à 40
PEHD
SR ou R
0,95
2à4
40 à 180
ρρ (Kg/dm3)
Résistance à la
traction
(daN/mm²)
Module
élasticité
(daN/mm²)
3,34645
Allongement
(%)
Tenue
chocs
Transmission
lumineuse
90 à 800
Excellente
Moyenne
20 à 130
Excellente
Moyenne
polystyrène
1,1811
PVC
1,1811
0,55118
0,51181
EVOH
PA amorphe
PET
0,23622
PAN
0,11811
PP
SR ou R
0,9
3 à 5,5
200 à 600
100 à 600
Moyenne
Moyenne
EVOH
S
1,2
5
400
15 à 50
Moyenne
Moyenne
0
PVC
R
PVDC
S
PS
R
1,4
4à6
200 à 350
2 à 80
Faible ou
nulle
Faible ou
nulle
1,65
2 à 3,5
40 à 80
> 250
1,05
3,5 à 6
270 à 320
1à2
Moyenne
Moyenne
PVDC
1
2
3
4
5
Comparaison perméabilité à l’oxygène
g. mm / m². jr
Réf. : perméabilité aluminium : 1,73 E-06 g.mm / m².jr
Échelle logarithmique
137,795
Excellente
59,055
R
1,15
6 à 6,5
300 à 350
30 à 40
Moyenne
Moyenne
PET
R
1,35
6à8
240 à 340
50 à 300
Moyenne
Excellente
PA
R
1,05
5 à 10
60 à 300
5 à 300
Excellente
Moyenne
Source : T.I « Emballages plastiques par Maurice Reyne »
PA 6
0,98425
0,3937
PA amorphe
PVDC
0,015748
PAN
0,0003937
0,0001
0,001
0,01
PEHD
PET
1,41732
polystyrène
PVC
5,9055
2,51968
Excellente
PAN
PEHD
0,106299
EVOH
0,1
1
10
100
cc1000
. mm / m². jr .atm
composites
Comparaison perméabilité au CO2
314,96
polystyrène
13,7795
PVC
6,2992
PET
PA 6
1,77165
PA amorphe
1,5748
PVDC
0,059055
0,01
Nano argiles et silice : état de recherche appliquée
PAN
EVOH
0,0066929
0,001
Nanotubes : état de recherche amont
1,85039
0,1
1
10
100
1000
Comparaison perméabilité à l’azote
cc . mm / m². jr .atm
production mondiale de nanocomposites
30000
19,685
25000
2003
2008
2003
17,7165
20000
0,181102
0,070866
tonnes
PEHD
polystyrène
0,27559
15000
PA 6
10000
PET
5000
PVDC
0,0015748
0
1
EVOH
0,001
0,01
0,1
1
10
100
cc . mm / m². jr .atm
Les polymères de l’emballage : multicouches
Les polymères de l’emballage :
multicouches
Comparaison perméabilité à la vapeur d’eau
secteur en forte croissance :
PE/EVOH/PVDC/EVA/PE
0,07874
0,11811
HDPE/EAA/Nylon
0,15748
Présentation de quelques complexes :
LDPE/EVOH/PVDC/EVA/LDPE
0,28
PCTFE/PVC
PP/EVOH/PE (emballage p âtes fra îches
fruits, salades, pizza…)
PS/EVOH/PP (sauce tomates, produits de
laiterie avec PH neutre etc.)
OU ENCORE
PET/EVOH/PE,
PA/EVOH/PP,
PA/PVDC/PP,
PP/PVDC/PE,
PP/PVDC/PET,
PE/EVOH/PVDC/EVA/PE
0,34
PCTFE/PE/PVC
0
0,1
0,2
0,3
Comparaison perméabilité à l’oxygène
0,4
1,8624
PP/PVDC/PET
1,8624
PP/PVDC/HDPE
1,8624
Procédés de mise en oeuvre :
PA/PVDC/PP
1,28816
Co-lamination, co-extrusion
PA/EVOH/PP
PET/EVOH/PE
0,6208
PS/EVOH/PP
0,34144
PP/EVOH/PE
0,1552
0
0,5
1
1,5
Les polymères de l’emballage revêtus
Les dépôts sous vide de couches inorganiques :
Les polymères biod égradables :
revêtement
fournisseur
proc édé
PLA (acide polylactique)
PHA (polyhydroxyalcanoate) produit par les microbes
Carbone
AMCOR
PECVD
Carbone amorphe
SIDEL
ACTIS
SiOx
ALCAN
Evaporation réactive
MITSUBISHI
TETRAPACK
PECVD
AMCOR
DAI NIPPON
TOYO METALLIZING
TOYOBO
Complexe PLA/PHA plus int éressant :
AlOx
- facilit é de mise en œuvre ;
- résistance à l’hydrolyse ;
- meilleure effet barrière.
SiOx/AlOx
Alu métallique
Condensation de vapeur
sous vide
2
cc / m². jr .atm
Les polymères du packaging électronique
-Présentation des technologies employées :
-Présentation des polymères employés :
Glob Top
Principalement trois familles :
- résines époxydes
- polyuréthannes
Dam and Fill
- silicones
Surmoulage de carte
Les polymères dans le secteur du médical
-Applications :
vapeur d'eau
C02
O2
H2
10
300 000
50 000
45 000
3 à 10
3 000
2 00
-
1
-
-
-
0,5
-
-
-
- Prothèse vasculaire en PET (Dacron)
E-7
g.m/m².s.bar
silicone
polyuréthanne
caoutchouc
naturel
polychloroprène
époxyde
0,1 à 0,7
8
5 à 10
110
parylène C
0,2 à 0,6
8
7
110
aluminium
E-7
-
-
-
- Ballonnet en silicone d’un
cathéter neuro-endoscopique
- Prothèse mammaire en silicone
- Joints d’étanchéité de
filtres à sang en TPV
- Préservatif
(PU, caoutchouc,
SEBS)
- polyuréthanne (cœur artificiel, cathéter) ;
- silicone (anneau et ballon gastrique, prothèse bronchique, épithèse faciale) ;
- copolymères styréniques (joints de filtre à sang, tubes) ;
- PEHD (cupule de prothèse de hanche) ;
- PET (prothèse vasculaire) ;
- parylène (revêtement pour l’électronique des prothèses auditives, pour des
aiguilles hypodermiques, pour des stimulateurs cardiaques).
Parylene C
Parylene D
Parylene N
HDPE
PS
PTFE
LDPE
PC
FEP
Silicone
O2
N2
CO2
H2
H2 0
2,8
12
15
73
138
223
140
124
295
19000
0,4
1,8
3
17
23
133
80
22
126
n.d
3
5
84
228
400
n.d.
700
827
657
118000
43
94
213
n.d.
n.d.
516
n.d.
n.d.
381
17000
0,08
0,1
0,6
0,12
3,5
n.d
0,6
1,5
0,16
3
NORMALISED PERMEABILITY OF GASSES THROUGH POLYMER MATERIALS.
H2O in cm3.mm/m2.day.atm. All gasses in g.mm/m2.day Ref.12.
Polymer
N2
O2
CO2
H2
Moisture Vapor
Transmission
(b)
Parylene N 7,7
39
214
540
1,5
Parylene C 1,0
7,2
7,7
110
0,21
Parylene D 4,5
32
13 ©
240
0,25
Epoxies
4
5-10
8
110
1,79 - 2,38 ©
Silicones
-
50 000
300 000
45 000
4,4 - 7,9
Urethanes
80
200
3,000
-
2,4 - 8,7
a (cm3 stp) mil/(100 in²/d.atm) ASTM D 1434
b At 90% RH 37C (frmil/100in ².d) - ASTM E 96

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