Pour une meilleure conservation des objets du patrimoine en polychlorure de vinyle plastifié: mise en place d’un protocole d’évaluation de la migration des plastifiants

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Le projet avait pour objectif de définir un protocole d’évaluation de la migration de plastifiants hors de matrices de PVC plastifiés modèles. Il reposait sur l’utilisation concomitante de techniques séparatives et de techniques d’évaluation des propriétés thermomécaniques et de surface.

 

Le polychlorure de vinyle (PVC) est un polymère thermoplastique obtenu par polymérisation radicalaire du chlorure de vinyle. Afin de lui conférer les propriétés voulues (e. g. souplesse, tenue aux chocs, etc.) le PVC est formulé avec de nombreux additifs dont des plastifiants. Le polychlorure de vinyle plastifié est un matériau largement présent dans les collections patrimoniales. De nombreux objets en PVC sont dans un état général de conservation médiocre ou mauvais. Les dégradations les plus couramment observées sont l’exsudation, la perte de souplesse et l’encrassement qui doivent être reliées au phénomène de migration de plastifiants hors des matériaux. Dans le domaine de la conservation et de la restauration, les demandes de conseils, d’expertises ou d’interventions sur les objets en PVC sont donc surtout liées à ces phénomènes de migration qui peuvent prendre un caractère spectaculaire.

Le sujet de Master 2 réalisé en 2013 s’inscrivait dans le contexte plus large d’une recherche visant à approfondir les connaissances actuelles sur les mécanismes de dégradation thermique des PVC plastifiés et, à mieux comprendre, à l’échelle macroscopique et à l’échelle moléculaire, les processus d’altération de ces objets au cours de leur vieillissement. En effet, si de nombreuses études se sont déjà intéressées à ces phénomènes de migration dans le secteur industriel, aucune n’a, à notre connaissance, été menée sur des échantillons soumis à des conditions climatiques douces de vieillissement représentatives de celles trouvées en contexte muséal. Il s’agissait de reconsidérer la problématique de la dégradation du PVC plastifié sur la base d’une approche croisée en chimie analytique et en conservation-restauration menée par le CRCC, le C2RMF et le LPPI afin de comprendre les conditions d’apparition des exsudats et la cinétique de migration des plastifiants.

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Plus précisément, ce stage avait pour objectif de définir un protocole d’évaluation de la migration de plastifiants hors de matrices de PVC plastifiés « modèles » reposant sur l’utilisation concomitante de techniques séparatives et de techniques d’évaluation des propriétés thermomécaniques et de surface.

Ainsi, des échantillons industriels « modèles » de PVC avec trois taux différents de plastifiant (24, 34 et 42 % en masse de di-iso-octyl phthalate, DiOP), ont été soumis à un vieillissement accéléré à la température de 80°C et avec un taux d’humidité relative inférieure à 1% pendant huit semaines. L’évolution de leur jaunissement ainsi que de leurs propriétés mécaniques et de surface a été suivie chaque semaine.

La teneur en plastifiant a été déterminée par TGA et CG/FID. La température de relaxation mécanique des matériaux a été mesurée par DMA. Les composés organiques volatils émis ont été identifiés par SPME-CG/SM et les propriétés de surface ont été analysées par mesure des angles de contact de l’eau et AFM. Des analyses par résonance magnétique nucléaire (1H et 13C) ont été également réalisées afin de suivre la déshydrochloruration des chaînes de PVC. Enfin, les échantillons ont été systématiquement pesés et leur jaunissement a été visuellement observé.

Un protocole d’évaluation de la migration des plastifiants à partir d’échantillons de PVC « modèles » a ainsi été mis en place. Plus précisément, les résultats obtenus ont montré que la TGA autorisait une quantification facile et rapide du DiOP. Il semble également possible de conclure que le jaunissement attribué à des modifications de la chaîne polymère n’apparait qu’à la suite d’un début de migration du plastifiant. Les modifications des propriétés mécaniques observées par DMA ont pu être attribuées de manière prépondérante à la migration du plastifiant et non à la dégradation des chaînes de PVC. Ainsi l’étude couplée de l’évolution des propriétés mécaniques et du taux de plastification a montré que, au cours du vieillissement réalisé, le phénomène de scission des chaînes de PVC n’est pas prédominant.

L’ensemble des données obtenues a montré une perte de plastifiant au cours du vieillissement. Toutefois et contrairement à ce que nous attendions, il apparaît que le PVC le plus plastifié est le moins dégradé : la perte de plastifiant est la plus faible, l’échantillon reste flexible et ne jaunit pas. De manière similaire, les modifications les plus notables ont été obtenues pour l’échantillon le moins plastifié. Toutefois, en l’absence de formation d’exsudat à la surface des échantillons, il semble délicat d’extrapoler les conclusions obtenues sur nos échantillons modèles à des objets « réels » présents dans des collections muséales.

 

Afin de répondre aux questions concrètes de conservation de ce type d’objets, nous souhaitons poursuivre cette étude (projet financé en 2014 par la Fondation) selon deux axes :

  • L’étude des PVC « modèles » sera complétée en évaluant l’effet du confinement sur la formation des exsudats et en réalisant des cycles de vieillissement artificiels permettant de simuler au mieux des vieillissements naturels. Dans ce cadre, l’apport de techniques d’imagerie (e. g. microscope-ATR) pour cartographier le plastifiant au sein de coupes des matériaux PVC sera évalué.
  • La méthodologie développée sera appliquée à des objets en PVC plastifiés présentant des exsudats. L’effet du nettoyage des surfaces sur la formation d’exsudats sera étudié lors d’un vieillissement artificiel de ces objets placés dans différents conditionnements.

 

Détails d'organisation

Stage de Master 2 recherche

Stagiaire : Charles Clair (LPPI)

Porteur :

  • A. Lattuati-Derieux (CRCC)

Partenaires:

  • O. Fichet, Pr, LPPI (UCP)
  • I. Fabre-Francke, MCF, LPPI (UCP)
  • G. Barabant, contractuel, MCC
  • N. Balcar, IE, C2RMF