Plastics — Methodology for assessing polymer photoageing by FTIR and UV/visible spectroscopy

ISO 10640:2011 provides a methodology to assess the ageing of polymeric systems during exposure to laboratory accelerated weathering as well as in outdoor exposures. This methodology applies mainly to photoageing, but it can also be applied to thermal ageing. The methodology identifies analyses that follow the chemical changes which control the deterioration of physical properties of materials during photoageing. The main procedure is based on IR spectroscopy analysis and is described in the standard. In addition, UV spectroscopy is used for monitoring the behaviour of some additives and to identify the origin of discoloration in polymeric materials (degradation of pigments and colorants, or polymer yellowing). Examples of applications of this methodology are given in an annex as guidance for the interpretation of the results.

Plastiques — Méthodologie d'évaluation du photovieillissement des polymères par spectroscopie IRTF et UV/visible

L'ISO 10640:2011 fournit une méthodologie pour évaluer le vieillissement de systèmes polymères lors d'une exposition au vieillissement accéléré en laboratoire et d'une exposition en extérieur. Cette méthodologie s'applique essentiellement au photovieillissement, mais peut également s'appliquer au vieillissement thermique. Cette méthodologie identifie les analyses qui permettent de suivre les modifications chimiques conduisant à la détérioration des propriétés physiques des matériaux lors du photovieillissement. Le mode opératoire principal, fondé sur l'analyse par spectroscopie infrarouge (IR), est décrit dans l'ISO 10640:2011. De plus, la spectroscopie UV/visible est utilisée pour surveiller le comportement de certains additifs et pour identifier l'origine de la décoloration des matériaux polymères (dégradation des pigments et des colorants ou jaunissement du polymère). Des exemples d'application de cette méthodologie sont donnés dans une annexe à titre d'indication pour l'interprétation des résultats.

General Information

Status
Published
Publication Date
11-Aug-2011
Current Stage
9093 - International Standard confirmed
Start Date
12-Sep-2016
Completion Date
14-Jun-2021
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ISO 10640:2011 - Plastics -- Methodology for assessing polymer photoageing by FTIR and UV/visible spectroscopy
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ISO 10640:2011 - Plastiques -- Méthodologie d'évaluation du photovieillissement des polymeres par spectroscopie IRTF et UV/visible
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10640
First edition
2011-08-15
Plastics — Methodology for assessing
polymer photoageing by FTIR and
UV/visible spectroscopy
Plastiques — Méthodologie d'évaluation du photovieillissement des
polymères par spectroscopie IRTF et UV/visible
Reference number
ISO 10640:2011(E)
ISO 2011
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ISO 10640:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................ iv

Introduction ......................................................................................................................................................... v

1  Scope ...................................................................................................................................................... 1

2  Terms and definitions and abbreviated terms ................................................................................... 1

3  Principle ................................................................................................................................................. 3

4  Methodology .......................................................................................................................................... 3

5  Determination of chemical variations in polymer materials by FTIR spectrometry ....................... 7

6  Complementary analysis by UV/visible spectroscopy .................................................................... 12

7  Test report ............................................................................................................................................ 13

Annex A (informative) Comparison of test results for artificial accelerated photoageing, artificial

accelerated weathering and natural outdoor weathering ............................................................... 14

Bibliography ...................................................................................................................................................... 28

© ISO 2011 – All rights reserved iii
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ISO 10640:2011(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 10640 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 6, Ageing, chemical

and environmental resistance.
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)
Introduction

One of the main interests in the use of artificial accelerated weathering tests is to provide an estimate of the

[1]

lifetime of polymeric materials exposed in outdoor conditions. This is a very difficult task, and ISO 4892-1

describes some of the reasons why it is difficult and why the use of simple “acceleration factors” relating time

in an accelerated test versus time in an outdoor exposure is not recommended without special care.

One way to evaluate whether an artificial accelerated test can predict the relative performance of materials

used in outdoor applications is to compare the chemical changes caused by the artificial accelerated test with

the chemical changes that occur in outdoor exposure.

Changes in visual appearance (gloss, discoloration, yellowing, bleaching, micro-cracks, etc.) and deterioration

in physical (or functional) properties are consequences of chemical changes, even if there is not always a

direct relationship between the chemical changes and the mechanical changes. The use of Fourier transform

infrared (FTIR) spectroscopy to follow the chemical changes can facilitate the research of correlations

between different ageing tests (natural or any kinds of accelerated devices).

This International Standard describes the methodology and a procedure for using FTIR spectroscopy and

UV/visible spectroscopy.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10640:2011(E)
Plastics — Methodology for assessing polymer photoageing by
FTIR and UV/visible spectroscopy
1 Scope

This International Standard provides a methodology to assess the ageing of polymeric systems during

exposure to laboratory accelerated weathering as well as in outdoor exposures.

NOTE This methodology applies mainly to photoageing, but it can also be applied to thermal ageing.

This methodology identifies analyses that follow the chemical changes which control the deterioration of

physical properties of materials during photoageing. The main procedure is based on infrared (IR)

spectroscopy analysis and is described in this International Standard. In addition, UV spectroscopy is used for

monitoring the behaviour of some additives and to identify the origin of discoloration in polymeric materials

(degradation of pigments and colorants, or polymer yellowing).

Examples of applications of this methodology are given in Annex A as guidance for the interpretation of the

results.
2 Terms and definitions and abbreviated terms
2.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1.1
photoageing

entirety of the irreversible chemical and physical processes occurring in a material over the course of time that

are initiated by radiation and that can be affected by heat, oxygen and moisture
2.1.2
artificial accelerated weathering

exposure of a material in a laboratory weathering device to conditions which can be cyclic and intensified over

those encountered in outdoor or in-service exposure

NOTE 1 This involves a laboratory radiation source, heat and moisture (in the form of relative humidity and/or water

spray, condensation or immersion) in an attempt to produce more rapidly the same changes that occur in long-term

outdoor exposure.

NOTE 2 The device can include means for controlling and/or monitoring the light source and other weathering

variables. It can also include exposure to special conditions, such as acid spray to simulate the effect of industrial gases.

2.1.3
natural outdoor weathering

exposure of a material to global solar radiation under outdoor climatic conditions

© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO 10640:2011(E)
2.1.4
absorption spectrum

fraction of the incident electromagnetic radiation absorbed by a material or a molecular entity over a range of

frequencies
2.1.5
transmission spectrum

fraction of the incident electromagnetic radiation that is not absorbed but passes through a material or a

molecular entity over a range of frequencies
2.1.6
reflection spectrum
reflectance spectrum

fraction of the incident electromagnetic radiation reflected or scattered by a material or a molecular entity over

a range of frequencies

NOTE The re-emitted radiation can be composed of two kinds of radiation referred to as specular reflection (when

the angle of reflection is equal to the angle of incidence) and diffuse reflection (at all other angles).

2.2 Abbreviated terms
ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
ATR attenuated total (internal) reflection
EVAC ethylene-(vinyl acetate) plastic
FTIR Fourier transform infrared
PA polyamide
PAS photoacoustic spectroscopy
PBT poly(butylene terephthalate)
PC polycarbonate
PE polyethylene
PEBA polyether block amide
PEEK polyetheretherketone
PE-LD polyethylene, low density
PET poly(ethylene terephthalate)
PMMA poly(methyl methacrylate)
POM poly(oxymethylene); polyacetal; polyformaldehyde
PP polypropylene
PPE poly(phenylene ether)
PS polystyrene
PUR polyurethane
PVC-P plasticized poly(vinyl chloride)
PVC-U unplasticized poly(vinyl chloride)
2 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)
SAN styrene-acrylonitrile plastic
TPU thermoplastic polyurethane
UP unsaturated polyester resin
UV/VIS ultraviolet/visible
3 Principle

When a polymeric material is exposed to UV radiation and other moderate environmental stresses, the

change in most physical properties is attributable to chemical ageing, and the extent of the chemical changes

can be related to the duration of the exposure under natural outdoor weathering or artificial weathering

exposure.

Chemical changes control the degradation of mechanical properties and contribute to changes in the visual

appearance of polymer materials during photoageing. These chemical changes are analysed primarily by IR

spectroscopy, with additional analyses using UV/visible spectroscopy during the photoageing of polymers.

The analysis at this earliest stage of degradation allows the identification of the critical oxidation products,

allows the stoichiometry of reactions to be checked and, in some cases, indicates weak points in the polymer

material (e.g. a weakness in the specific structure of the polymer, such as a double bond, an ether group or a

urethane group, unstable colorant, lack of UV stabilizers, or migration of low-molecular-mass components of

formulations to the surface and their accumulation there).

The relevance of artificial ageing can be determined by comparing the chemical changes that occur in the

accelerated test to those that occur in natural weathering. It should be pointed out that, in some cases,

oxidation products can be partially eliminated by hydrolysis, or erosion caused by water under humid climates

(e.g. southern Florida) or by wind under very dry climates (e.g. Arizona). Kinetic analysis is recommended to

determine the rate of degradation under different conditions of ageing in order to rank different formulations or

to determine the range of acceleration possible for an artificial ageing test compared to a given natural

outdoor weathering exposure (without distortion of the photodegradation mechanism of the polymer). In

addition, these analyses can be used as a tool for developing improvements in polymers and polymeric

products.
4 Methodology
4.1 General

Since the mechanism of degradation of polymers is a function of the polymer composition, it might be

necessary to identify the chemical composition of the exposed plastics to allow comparison of results from

laboratory experiments with those from actual use conditions. This will help in the design of better accelerated

tests in those cases when existing accelerated tests have not given useful results for comparison with actual

use conditions.

The specific chemical changes which control a given physical deterioration should be identified. For example,

mechanical failures are generally controlled by the extent of oxidation, which makes their prediction possible.

In many cases, the extent of oxidation and the extent of changes in mechanical properties are often closely

linked via main-chain scissions. A specific correlation study could be carried out for a given material in order to

predict mechanical-property changes from the measurement of the concentration of oxidation products.

Except in the case of yellowing due to direct phototransformation, e.g. in the case of aromatic polymers, the

change in visual appearance is generally controlled by several chemical processes (loss of gloss,

discoloration, bleaching, micro-cracks, etc.). Therefore, an accelerated photoageing test is only predictive if

one single process prevails over the others.
© ISO 2011 – All rights reserved 3
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ISO 10640:2011(E)
4.2 Guidance on the assessment of chemical changes
4.2.1 General

Different chemical changes take place that depend on the mechanisms of the degradation. These changes

vary in importance and include matrix oxidation, chain scission and/or crosslinking, yellowing, bleaching,

formation of fluorescent products, modification of stabilizer molecules, hydrolysis and photolysis.

Analysis of the chemical changes in polymeric materials submitted to exposure is performed by applying the

following two rules:

a) only changes in the solid state are relevant, so the analysis shall be carried out on solid-state materials,

of particular importance when examining the stability of intermediate products.

b) chemical changes shall only be considered at very low levels of change since the physical (mechanical or

appearance) deterioration occurs at a very early stage in the chemical process, except when the

“ultimate” fate of polymeric materials is being examined for environmental-protection purposes (e.g. the

oxodegradation or oxobiodegradation of polyolefin films).

Although the main chemical changes take place in the polymer matrix, the fate of additives and colorants shall

also be considered.

NOTE These rules are general ones and apply to any polymeric material exposed to light, heat, O , H O and other

2 2
potentially degrading exposure stresses.
4.2.2 Identification of the main degradation route

An important route of degradation for many polymers is a photooxidation mechanism, the products of which

are formed at concentrations high enough (depending on the extinction coefficient) to be observed by

vibrational spectroscopy. Changes in visual appearance caused by photoageing are the result of chemical

changes that occur by several different routes. Acceleration of these chemical changes cannot occur without

distortion of the results, except in special cases.

The extent of the chemical changes is better determined from the degree of accumulation in the matrix of

“critical” photoproducts that, when properly chosen, will measure the main degradation pathway of the matrix.

Although a chemical change such as oxidation might involve many elementary photochemical and thermal

processes, it is possible to describe such chemical changes in a simplified manner through the accumulation

[2]

of the critical photoproducts, chosen based on the best understanding of the ageing mechanism.

A critical photoproduct is defined as follows:
 It shall allow the main degradation pathway of the matrix to be determined.

 Ideally, it shall be a stable final product which accumulates in the matrix (but not a low-molecular-mass

product or a yellowing product). It shall be chemically and photochemically inert in the matrix, shall not

diffuse out, and shall accumulate linearly with time until the relevant functional property of the polymer

has been completely lost.

The degradation of the polymeric matrix may also be followed by monitoring the decrease in the relevant

functional groups.
[3]

FTIR spectroscopy is used to identify critical photoproducts with complementary information obtained using

UV/visible spectroscopy, such as:
 the monitoring of the screening effect of organic UV-absorbers and pigments;
 the determination of changes in UV-stabilizers and absorbers and colorants;

 the determination of the origin of the sample's discoloration (degradation of colorants or degradation of

the polymer material).
4 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)

A list of critical photoproducts associated with the degradation of polymeric materials, and their identification,

is given in Table 1.

Since the spectroscopic techniques used are mostly non-destructive (or need only small quantities of aged

test specimens), it is recommended that an analysis of the kinetics of the oxidation be carried out in order to

determine the rate of photooxidation and whether there is a pseudo-induction period. A procedure to measure

the development of relevant functional groups that is based on FTIR spectroscopy is described in Clause 6.

The critical photoproducts of degradation must be known in order to determine the phototdegradation

mechanism. Many different photoproducts can be identified by coupling infrared analysis and specific

chemical derivatization (e.g. conversion of carboxylic acid groups to acid fluoride groups using SF gas).

Additional correlation between oxidation and in-use properties can also be carried out. Table 1 shows the

critical photoproducts, how they are identified, and the properties that are affected by photoxidation for a

[4][5]
number of different polymers.
Table 1 — Critical photoproducts and modified properties
Polymer Critical Identification of critical Effect/properties References
photoproducts photoproducts modified
PVC-P, PVC-U -chlorocarboxylic IR at 1 718 cm Chalking [6], [7]
acid group
Discoloration
Acid chloride IR at 1 785 cm
Mechanical
resistance
Extruded PE film Carboxylic acid IR at 1 714 cm Tensile strength [8], [9], [10]
Elongation
Vinyl unsaturation IR at 909 cm Tensile strength
Elongation
EVAC film Carboxylic acid IR at 1 705 cm Tensile strength [11], [12]
Elongation
Moulded PP Carboxylic acid IR at 1 714 cm Micro-cracks [13], [14]
Bleaching
Chalking
Moulded, filled PA, PA6 Carboxylic acid IR at 1 715 cm Appearance [15]
and PA66
–1 –1
Imide group IR at 1 735 cm and 1 690 cm Mechanical
resistance
–1 –1

PET, PBT, moulded, Carboxylic acid IR at 1 717 cm and 1 776 cm Mechanical [16], [17],

filled PET and PBT resistance [18]
–1 –1
Benzoic acid IR at 1 696 cm and 1 733 cm
Acid hydroxyl groups IR at 3 260 cm
PMMA and acrylics Carboxylic acid IR at 1 705 cm Increased haze [19]
Hydroxyl groups IR at 3 250 cm
© ISO 2011 – All rights reserved 5
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ISO 10640:2011(E)
Table 1 (continued)
Polymer Critical Identification of critical Effect/properties References
photoproducts photoproduct modified
PC Carboxylic acid IR at 1 713 cm
Mechanical [20], [21]
properties
Photo-Fries
Yellowing
rearrangement
products:
— phenylsalicylate
IR at 1 689 cm ; UV at 320 nm
— dihydroxybenzo-
IR at 1 629 cm ; UV at 355 nm
phenone
1 1
— biphenyl species
IR at 3 607 cm , 3 547 cm
and 3 470 cm ; Vis at 450 nm
PUR, TPU Carboxylic acid
IR at 1 705 cm Whitening [22], [23]
Urethane group IR at ~1 530 cm
Yellowing
degradation products
(band decreasing in size)
Cracks (aggravated
by hydrolysis)
Moulded ABS, PS, SAN Butadiene degradation IR at 912 cm
Mechanical [19], [24]
products (in ABS)
(band decreasing in size) resistance
Carboxylic acid
IR at 1 717 cm Appearance
UP Aromatic carboxylic
IR at 1 700 cm Yellowing [25], [26]
acid
Mechanical
Carbonyl group IR at 1 780 cm
properties
Hydroxyl groups, IR at 3 300 cm
mainly from carboxylic
acid
Conjugated aromatic UV at 350 nm; Vis at 400 nm
species
POM Formate/ester IR at 1 714 cm
Brittleness [27]
Alcohol from chain
IR at 3 475 cm Mechanical
scission
properties
PPE Saturated carboxylic IR at 1 714 cm
Bleaching [28], [29]
acid
Mechanical
Quinone methide IR at 1 657 cm
properties
Ether group
IR at 2 736 cm
degradation products (band decreasing in size)
IR at 1 021 cm
(band decreasing in size)
Quinone methide UV at 330 nm
Yellowing
PEEK Aromatic carboxylic IR at 1 725 cm
Yellowing [30]
acid
Hydroxyl groups IR at 3 370 cm
Vis at 400 nm to 600 nm
PEBA Ether group IR at 2 791 cm
Cracks [2], [31]
degradation products
IR at 1 111 cm
Mechanical
(band decreasing in size)
properties
Carboxylic ester
IR at 1 725 cm
IR at 1 180 cm
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)
4.2.3 Ageing parameters to be taken into account
4.2.3.1 Influence of water

It should be pointed out that, in some cases, water can have chemical effects on the photochemical behaviour

of polymer materials, such as the following:

 it can enhance the photocatalytic effect of untreated photoconductor pigments, such as titanium dioxide

and zinc oxide, significantly increasing the photooxidation of some polymers;
 the photoinstability of some colorants is enhanced in the ionic forms;
 hydrolysis of some photoproducts can take place.
NOTE 1 Hydrolysis of unexposed polymers and additives can also occur.

It should be also pointed out that water can have physical effects on the behaviour of polymer materials, e.g.

plasticizing, extraction and washing out of low-molecular-mass additives. An important physical effect of water

on the degradation of materials is the continuous cycle of expansion and contraction as the polymer swells as

water is absorbed and shrinks as it dries out. This will lead to micro-cracks and gloss loss at lower levels of

photooxidation in a wet climate.

Extraction and hydrolysis of stabilizers by water can lead to loss of stabilizer at a much faster than expected

rate, which will result in faster degradation of the polymer. Conversely, some initiators of degradation, such as

fire-retardant additives, can be eliminated and their negative influence thus attenuated.

NOTE 2 The use of liquid-water spray or the creation of water-vapour condensation during artificial photoageing is not

essential when the chemistry of the degradation is the main basis for the evaluation, but it is necessary when the purpose

of the laboratory test is to reproduce the change in the visual appearance that can occur in outdoor use. Water reveals

and enhances the degradation in appearance (bleaching, micro-cracks, erosion, etc.) resulting from oxidation of the

polymer material. Exposed samples can be also immersed periodically in demineralized water maintained at a given

temperature between 40 °C and 60 °C. For reliable artificial accelerated weathering testing, the time and frequency of

wetting with condensation or water spray is very important.

The consequence of water immersion on an oxidized polymer sample should be checked by carrying out IR

analysis before and after the water treatment. This check is necessary to avoid misleading results due to the

choice of a critical product that could be extracted by water from the polymer matrix.

4.2.3.2 Migration of additives

Low-molecular-mass organic components (e.g. antistatic additives, lubricants, UV-stabilizers, etc.) can

migrate from the core toward the surface of polymers during the exposure. The accumulation of these

components at the surface of exposed plates can hamper the detection of the polymer oxidation products by

specific FTIR analysis techniques at the surface. The exposed surface should be gently washed with

demineralized water or ethanol and dried before carrying out the analysis to avoid interfering with the

detection of the polymer degradation. The same precaution should be taken for samples polluted after outdoor

exposure.
5 Determination of chemical variations in polymer materials by FTIR spectrometry
5.1 General

Infrared spectroscopy is a vibrational technique in which absorption bands at specific wavelengths allow the

identification of specific functional groups in the polymer structure. IR spectroscopy can be used in a

quantitative manner as an FTIR spectroscopy technique.
© ISO 2011 – All rights reserved 7
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ISO 10640:2011(E)

Different infrared technologies [transmission, reflection, photoacoustic, attenuated total reflection (ATR),

microspectroscopy] can be used depending on the geometry, transparency and scattering behaviour of the

sample being analysed.
The polymer degradation can be characterized by:

 the emergence of new absorption bands specific to the critical photooxidative products produced by the

polymer matrix, e.g. bands corresponding to chemical components containing carbonyl or hydroxyl

groups;

 the decrease in a specific absorption band which is characteristic of a weak site in the polymer structure,

e.g. bands corresponding to urethane, ether or unsaturated functional groups.

Measuring the change in absorbance in relation to the initial state for specific bands allows the way in which

oxidation is progressing to be determined or the oxidation rate to be determined for kinetic analysis.

5.2 Apparatus

5.2.1 Calibrated infrared spectrometer, capable of recording a spectrum (in the transmission, reflection or

–1 –1

photoacoustic-emission mode) over the range from about 4 000 cm to about 700 cm with a resolution of

4 cm . Measurement shall be performed under a dry atmosphere (dry air or nitrogen).

When an FTIR spectrometer is used, a minimum of 16 scans shall be made per spectrum.

5.2.2 Specimen holder, capable of accurately positioning the test specimen under the aperture. The

design of the holder will depend on the infrared technique used.

5.2.3 Microtome (if necessary), capable of producing thin slices (films of a few microns up to several

hundred microns thick) from a sample.
5.3 Test method
5.3.1 Preparation of test specimens
Test specimens for infrared measurement are prepared in the form of:

 plates or sheets for reflection (e.g. ATR) or photoacoustic (PAS) measurements;

 films for transmission measurements.

Films are preferably obtained by cutting into the bulk of a thick sample using a microtome. When this is not

possible (e.g. for granules), the films can be obtained by compression moulding. For measurement of

oxidation profiles using microspectroscopy, cross-sectional films can be cut perpendicular to the exposed

surface using a microtome. A succession of thin films cut parallel to the exposed surface of thick samples can

be analysed by FTIR and UV/visible spectroscopy. These slices are typically taken near the centre of the

exposed sample.

NOTE The oxidation profile is useful to understand better the photochemical behaviour of the sample and to evaluate

how various additives can improve the durability.

The thickness of the film is precisely measured with a micrometer. The thickness is usually less than 200 µm

for spectroscopy measurement, but it should be chosen with respect to the oxygen permeability when the film

is intended to be exposed to UV light. Also, the thickness of the film has to take into account the actual

absorbance, which should not exceed a level at which it is no longer linear with respect to concentration in

order that it can be used quantitatively.
8 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 10640:2011(E)

All contamination from fingerprints, adhesives or marking ink shall be prevented. It is recommended that the

test specimens be stored under dry conditions before analysis in order to remove water, which can interfere

with the spectrum.

The thickness of the specimen can also be checked by measuring the absorbance of a stable IR absorption

band of the polymer, notably when using ATR and PAS techniques.
5.3.2 Kinetic control during ageing

First, the homogeneity of the polymer material shall be checked. IR analysis shall then normally be performed

on at least five different specimens of the same material (see, however, next paragraph).

A periodic analysis of the chemical changes in polymer materials is recommended throughout artificial ageing

or natural weathering. Indeed, this kind of analysis provides a fairly good indication of the photochemical fate

of the polymer material. Provided the homogeneity of the polymer material has been demonstrated for its

initial and aged state, IR analysis of the exposure could be carried out on only one single specimen (film for IR

transmission analysis, small specimen for FTIR-PAS analysis, etc.). If such homogeneity cannot be

demonstrated, specimens for analysis shall be taken from three exposed samples. When a large sample is

exposed, IR or micro-IR analysis shall be carried out at least on three different locations on the sample. Apart

from the initial and final ageing state, at least two intermediate exposure states should be investigated by IR

analysis.
5.3.3 Aged samples

IR or micro-IR analysis shall be carried out on at least three exposed samples or at three different locations on

a large sample. If the results are not homogeneous, the number of analyses shall be increased.

5.3.4 Positio
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10640
Première édition
2011-08-15
Plastiques — Méthodologie d'évaluation
du photovieillissement des polymères
par spectroscopie IRTF et UV/visible
Plastics — Methodology for assessing polymer photoageing by FTIR
and UV/visible spectroscopy
Numéro de référence
ISO 10640:2011(F)
ISO 2011
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ISO 10640:2011(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2011

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Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 10640:2011(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..................................................................................................................................................... iv

Introduction ......................................................................................................................................................... v

1  Domaine d'application .......................................................................................................................... 1

2  Termes et définitions et termes abrégés ............................................................................................ 1

3  Principe .................................................................................................................................................. 3

4  Méthodologie ......................................................................................................................................... 3

5  Détermination des modifications chimiques des matériaux polymères par

spectrométrie IRTF ................................................................................................................................ 8

6  Analyse complémentaire par spectroscopie UV/visible .................................................................. 13

7  Rapport d'essai .................................................................................................................................... 14

Annexe A (informative) Comparaison des résultats des essais de photovieillissement artificiel

accéléré, de vieillissement artificiel accéléré et de vieillissement naturel en extérieur .............. 15

Bibliographie ..................................................................................................................................................... 29

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ISO 10640:2011(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 10640 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 6, Vieillissement

et résistance aux agents chimiques et environnants.
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ISO 10640:2011(F)
Introduction

L'un des principaux intérêts du recours aux essais de vieillissement artificiel accéléré consiste à fournir une

estimation de la durée de vie des matériaux polymères dans des conditions d'exposition en extérieur. Il s'agit

[1]

d'une tâche très difficile et l'ISO 4892-1 décrit certaines raisons de cette difficulté. Elle explique également

pourquoi l'utilisation de simples «facteurs d'accélération» établissant une relation entre la durée d'un essai

accéléré et la durée d'une exposition en extérieur ne saurait être recommandée sans être assortie de

précautions particulières.

Une façon d'évaluer si un essai de vieillissement artificiel accéléré est capable de prédire correctement la

performance relative de matériaux utilisés dans des applications en extérieur consiste à comparer les

modifications chimiques causées par l'essai de vieillissement artificiel accéléré aux modifications chimiques

qui surviennent en exposition extérieure.

Des modifications de l'aspect visuel (perte de brillant, décoloration, jaunissement, blanchissement, apparition

de micro-fissures, etc.) et une détérioration des propriétés physiques (ou fonctionnelles) sont des

conséquences des modifications chimiques, même s'il n'existe pas toujours de lien direct entre les

modifications chimiques et les modifications des propriétés mécaniques. L'utilisation de la spectroscopie

infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) pour suivre les modifications chimiques peut faciliter la recherche

de corrélations entre différents essais de vieillissement (vieillissement naturel ou vieillissement accéléré en

enceinte de tous types).

La présente Norme internationale décrit la méthodologie et un mode opératoire d'utilisation de la

spectroscopie IRTF et de la spectroscopie UV/visible.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10640:2011(F)
Plastiques — Méthodologie d'évaluation du photovieillissement
des polymères par spectroscopie IRTF et UV/visible
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale fournit une méthodologie pour évaluer le vieillissement de systèmes

polymères lors d'une exposition au vieillissement accéléré en laboratoire et d'une exposition en extérieur.

NOTE Cette méthodologie s'applique essentiellement au photovieillissement, mais peut également s'appliquer au

vieillissement thermique.

Cette méthodologie identifie les analyses qui permettent de suivre les modifications chimiques conduisant à la

détérioration des propriétés physiques des matériaux lors du photovieillissement. Le mode opératoire

principal, fondé sur l'analyse par spectroscopie infrarouge (IR), est décrit dans la présente Norme

internationale. De plus, la spectroscopie UV/visible est utilisée pour surveiller le comportement de certains

additifs et pour identifier l'origine de la décoloration des matériaux polymères (dégradation des pigments et

des colorants ou jaunissement du polymère).

Des exemples d'application de cette méthodologie sont donnés dans l'Annexe A à titre d'indication pour

l'interprétation des résultats.
2 Termes et définitions et termes abrégés
2.1 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

2.1.1
photovieillissement

ensemble des processus chimiques et physiques irréversibles se produisant dans un matériau au cours du

temps, causés par un rayonnement et qui peuvent être influencés par la chaleur, l'oxygène et l'humidité

2.1.2
vieillissement artificiel accéléré

exposition d'un matériau dans un dispositif de vieillissement en laboratoire à des conditions qui peuvent être

cycliques et amplifiées par rapport à celles rencontrées lors d'une exposition en extérieur ou en service

NOTE 1 Cela implique une source de rayonnement de laboratoire, de la chaleur et de l'humidité (sous la forme

d'humidité relative et/ou d'une pulvérisation d'eau, d'une condensation ou d'une immersion) pour tenter de produire plus

rapidement les mêmes modifications que celles qui ont lieu lors de l'exposition de longue durée en extérieur.

NOTE 2 Le dispositif peut inclure des systèmes de contrôle et/ou de pilotage de la source de lumière et d'autres

paramètres de vieillissement. Il peut également inclure une exposition à des conditions spéciales, telles qu'une

pulvérisation acide pour simuler l'effet des gaz industriels.
2.1.3
vieillissement naturel en extérieur

exposition d'un matériau au rayonnement solaire global dans les conditions climatiques extérieures

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ISO 10640:2011(F)
2.1.4
spectre d'absorption

partie du rayonnement électromagnétique incident absorbée par un matériau ou une entité moléculaire sur

une gamme de fréquences
2.1.5
spectre de transmission

partie du rayonnement électromagnétique incident qui, sur une gamme de fréquences, n'a pas été absorbée

et est passée à travers un matériau ou une entité moléculaire
2.1.6
spectre de réflexion
spectre de réflectance

partie du rayonnement électromagnétique incident réfléchie ou dispersée par un matériau ou une entité

moléculaire sur une gamme de fréquences

NOTE Le rayonnement réémis peut être composé de deux types de rayonnement que l'on appelle la réflexion

spéculaire (lorsque l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence) et la réflexion diffuse (tous les autres angles).

2.2 Termes abrégés
ABS acrylonitrile-butadiène-styrène
ATR réflexion (interne) totale atténuée
EVAC copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle
IRTF infrarouge à transformée de Fourier
PA polyamide
PAS spectroscopie photoacoustique
PBT poly(téréphtalate de butylène)
PC polycarbonate
PE polyéthylène
PEBA polyéther bloc amide
PEEK polyétheréthercétone
PE-LD polyéthylène basse densité
PET poly(téréphtalate d'éthylène)
PMMA poly(méthacrylate de méthyle)
POM polyoxyméthylène; polyacétal; polyformaldéhyde
PP polypropylène
PPE poly(phénylène éther)
PS polystyrène
PUR polyuréthane
PVC-P poly(chlorure de vinyle) plastifié
PVC-U poly(chlorure de vinyle) non plastifié
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SAN copolymère styrène-acrylonitrile
TPU polyuréthane thermoplastique
UP polyester insaturé
UV/VIS ultraviolet/visible
3 Principe

Lorsqu'un matériau polymère est exposé à un rayonnement UV ainsi qu'à d'autres contraintes

environnementales modérées, la modification de la plupart des propriétés physiques peut être attribuée au

vieillissement chimique et l'importance des modifications chimiques peut être mise en relation avec la durée

d'exposition dans des conditions de vieillissement naturel en extérieur ou de vieillissement artificiel.

Les modifications chimiques conduisent à la dégradation des propriétés mécaniques et contribuent aux

modifications d'aspect des matériaux polymères au cours du photovieillissement. Ces modifications chimiques

sont analysées principalement par spectroscopie infrarouge, à laquelle s'ajoutent des analyses utilisant la

spectroscopie UV/visible pendant le photovieillissement des polymères. L'analyse à un stade précoce de la

dégradation permet d'identifier les produits d'oxydation critiques, de vérifier la stœchiométrie des réactions et,

dans certains cas, de révéler le point faible du matériau polymère. Il peut s'agir d'un point faible dans la

structure spécifique du polymère comme une double liaison, un groupement éther ou un groupement

uréthane, ou encore d'un colorant instable, d'un manque de stabilisant UV ou de la migration et de

l'accumulation en surface de composants de faible masse moléculaire utilisés dans la formulation.

La pertinence du vieillissement artificiel peut être déterminée en comparant les modifications chimiques

constatées dans l'essai de vieillissement accéléré avec celles qui se produisent dans les conditions

naturelles. Il convient d'attirer l'attention sur le fait que, dans certains cas, les produits d'oxydation peuvent

être partiellement éliminés par hydrolyse ou par l'érosion causée par l'eau sous les climats humides (par

exemple en Floride du Sud) ou par le vent sous les climats très secs (par exemple en Arizona). Une analyse

cinétique est recommandée pour déterminer la vitesse de dégradation dans différentes conditions de

vieillissement afin de classer les différentes formulations ou pour déterminer le niveau d'accélération possible

pour un essai de vieillissement artificiel par rapport à un vieillissement naturel donné en extérieur (sans

distorsion du mécanisme de photodégradation du polymère). Ces analyses peuvent également être utilisées

comme outil de développement de polymères et matériaux polymériques améliorés.
4 Méthodologie
4.1 Généralités

Étant donné que le mécanisme de dégradation des polymères dépend de la composition de ces matériaux, il

peut s'avérer nécessaire de déterminer la composition chimique des plastiques exposés pour permettre la

comparaison des résultats des essais menés en laboratoire avec ceux obtenus dans les conditions

d'utilisation réelles. Cela aidera à mettre au point de meilleurs essais de vieillissement accéléré dans les cas

où les essais existants n'ont pas donné de résultats utiles pour la comparaison avec les conditions d'utilisation

réelles.

Il convient d'identifier les modifications chimiques spécifiques qui conduisent à une détérioration physique

donnée. Par exemple, les défaillances mécaniques dépendent généralement du niveau d'oxydation, ce qui

rend possible leur prédiction.

Dans de nombreux cas, il existe un lien étroit entre le niveau d'oxydation et l'importance des modifications des

propriétés mécaniques très souvent dues à la scission des chaînes principales. Une étude de corrélation

spécifique pourrait être réalisée pour un matériau donné pour prédire les modifications des propriétés

mécaniques à partir de la mesure de la concentration en produits d'oxydation.
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À l'exception du jaunissement dû à une phototransformation directe, par exemple dans le cas des polymères

aromatiques, les modifications de l'aspect sont généralement influencées par plusieurs processus chimiques

(perte de brillant, décoloration, blanchissement, micro-fissuration, etc.) Par conséquent, un essai de

photovieillissement accéléré n'a de valeur prédictive que si un processus donné est dominant vis-à-vis des

autres.
4.2 Lignes directrices pour l'évaluation des modifications chimiques
4.2.1 Généralités

Différentes modifications chimiques dépendant des mécanismes de dégradation se produisent. Ces

modifications, d'importance variable, comprennent l'oxydation de la matrice, la scission des chaînes et/ou la

réticulation, le jaunissement, le blanchissement, la formation de produits fluorescents, la modification des

stabilisants, l'hydrolyse et la photolyse.

Les deux règles suivantes s'appliquent à l'analyse des modifications chimiques des matériaux polymères

soumis à une exposition:

a) seules comptent les modifications de l'état solide; l'analyse doit donc être réalisée sur des matériaux à

l'état solide, d'une importance particulière pour étudier la stabilité des produits intermédiaires;

b) les modifications chimiques ne doivent être considérées qu'à de très faibles niveaux; en effet, la

détérioration physique (propriétés mécaniques ou aspect) se produit à un stade du processus chimique

très peu avancé, sauf lorsque le «devenir ultime» des matériaux polymères est étudié pour des raisons

de protection de l'environnement (par exemple oxodégradation ou oxobiodégradation des films de

polyoléfines).

Bien que les principales modifications chimiques se produisent dans la matrice polymère, l'évolution des

additifs et des colorants doit également être prise en considération.

NOTE Ces règles sont générales et s'appliquent à tous les matériaux polymères exposés à la lumière, à la chaleur, à

O , à H O et aux autres contraintes d'exposition susceptibles d'entraîner une dégradation.

2 2
4.2.2 Identification de la voie de dégradation principale

Pour de nombreux polymères, une voie de dégradation importante réside dans le mécanisme de photo-

oxydation, dont les produits sont formés en concentrations suffisamment élevées (qui dépendent de leur

coefficient d'extinction) pour être observés par spectroscopie vibrationnelle. Dans le cas du

photovieillissement, les modifications de l'aspect sont causées par des modifications chimiques empruntant

plusieurs voies différentes. Hormis dans des cas spéciaux, une accélération de ces modifications chimiques

ne peut pas être réalisée sans distorsion des résultats.

Le meilleur moyen de mesurer l'étendue des modifications chimiques consiste à étudier le degré

d'accumulation dans la matrice de photoproduits «critiques» qui, s'ils sont correctement choisis, permettront

de déterminer la principale voie de dégradation de la matrice. Bien qu'une modification chimique telle que

l'oxydation puisse impliquer de nombreux processus photochimiques et thermiques élémentaires, il est

possible de rendre compte de ces modifications chimiques d'une manière simplifiée à travers l'accumulation

des principaux photoproduits critiques, choisis en se fondant sur la meilleure compréhension du mécanisme

[2]
de vieillissement.
Un photoproduit critique se définit comme suit.

 Il doit permettre de déterminer la voie de dégradation principale de la matrice.

 Idéalement, ce doit être un produit final stable qui s'accumule dans la matrice (mais pas un produit de

faible masse moléculaire ni un produit du jaunissement). Il doit être chimiquement et photochimiquement

inerte dans la matrice, il ne doit pas diffuser à l'extérieur et son accumulation doit être linéaire dans le

temps jusqu'à ce que la propriété fonctionnelle étudiée du polymère ait complètement disparu.

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La dégradation de la matrice polymère peut également être suivie par la diminution des groupements

fonctionnels appropriés.
[3]

La spectroscopie IRTF est utilisée pour identifier les photoproduits critiques ; la spectroscopie UV/visible

apporte des informations complémentaires, telles que:

 la surveillance de l'effet d'écran des absorbeurs d'UV et des pigments organiques;

 la détermination des modifications des stabilisants et absorbeurs d'UV et des colorants;

 la détermination de l'origine de la décoloration de l'échantillon (dégradation des colorants ou dégradation

du matériau polymère).

Une liste des photoproduits critiques et leur identification associée à la dégradation des matériaux polymères

est donnée dans le Tableau 1.

Les techniques spectroscopiques utilisées étant essentiellement non destructives (ou ne nécessitant que de

petites quantités des éprouvettes vieillies), il est recommandé de réaliser une analyse de la cinétique de

l'oxydation pour déterminer la vitesse de photo-oxydation et l'existence éventuelle d'une période de

pseudo-induction. Un mode opératoire de mesure de l'accumulation des groupes fonctionnels appropriés

fondé sur la spectroscopie IRTF est décrit dans l'Article 6.

Il est nécessaire de connaître les photoproduits critiques de la dégradation pour déterminer le mécanisme de

photodégradation. La combinaison d'une analyse infrarouge et d'une dérivatisation chimique spécifique (par

exemple la conversion de groupements acides carboxyliques en groupements fluorures d'acide en utilisant du

SF gazeux) permet d'identifier un grand nombre de photoproduits différents. Une corrélation supplémentaire

entre l'oxydation et les propriétés en service peut également être établie. Le Tableau 1 montre les

photoproduits critiques, la manière dont ils sont identifiés et les propriétés qui sont affectées par la

[4] [5]
photo-oxydation pour plusieurs polymères différents.
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Tableau 1 — Photoproduits critiques et propriétés modifiées
Polymère Photoproduits critiques Identification des Effets/propriétés Références
photoproduits critiques modifiées
PVC-P, PVC-U Groupement acide IR à 1 718 cm Farinage [6], [7]
-chlorocarboxylique
Décoloration
Chlorure d'acide IR à 1 785 cm
Résistance
mécanique
Film extrudé en Acide carboxylique IR à 1 714 cm Résistance à la [8], [9], [10]
PE traction
Allongement
Insaturations vinyles IR à 909 cm Résistance à la
traction
Allongement
Film EVAC Acide carboxylique IR à 1 705 cm Résistance à la [11], [12]
traction
Allongement
PP moulé Acide carboxylique IR à 1 714 cm Micro-fissures [13], [14]
Blanchissement
Farinage
PA, PA6 et PA66 Acide carboxylique IR à 1 715 cm Aspect [15]
moulé, chargé
–1 –1
Résistance
Groupement imide IR à 1 735 cm et 1 690 cm
mécanique
–1 –1

PET, PBT, moulé Acide carboxylique IR à 1 717 cm et 1 776 cm Résistance [16], [17],

mécanique [18]
–1 –1
PET chargé et
Acide benzoïque IR à 1 696 cm et 1 733 cm
PBT
Groupements acides IR à 3 260 cm
hydroxylés
PMMA et Acide carboxylique IR à 1 705 cm Effet de voile accru [19]
acrylique
Groupements hydroxyles IR à 3 250 cm
PC Acide carboxylique IR à 1 713 cm Propriétés
mécaniques
Produits de réarrangement Jaunissement [20], [21]
photo-Fries
— phénylsalicylate IR à 1 689 cm ; UV à 320 nm
— dihydroxybenzophénone
IR à 1 629 cm ; UV à 355 nm
1 1
— espèces biphényles IR à 3 607 cm , 3 547 cm et
3 470 cm ; VIS à 450 nm
PUR, TPU Acide carboxylique Blanchissement [22], [23]
IR à 1 705 cm
Jaunissement
Produits de dégradation du
IR à ~1 530 cm
groupement uréthane
(bande de taille décroissante)
Fissuration
(renforcée par
l'hydrolyse)
ABS, PS, SAN Produits de dégradation du Résistance [19], [24]
IR à 912 cm
moulé butadiène (dans l'ABS) mécanique
(bande de taille décroissante)
1 Aspect
Acide carboxylique
IR à 1 717 cm
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Tableau 1 (suite)
Polymère Photoproduits critiques Identification des Effets/propriétés Références
photoproduits critiques modifiées
UP Acide carboxylique Jaunissement [25], [26]
IR à 1 700 cm
aromatique
Propriétés
mécaniques
Groupement carbonyle
IR à 1 780 cm
Groupements hydroxyles
IR à 3 300 cm
provenant essentiellement de
l'acide carboxylique
Espèces conjuguées UV à 350 nm;
aromatiques
VIS à 400 nm
POM Formiate/ester Fragilité [27]
IR à 1 714 cm
Propriétés
Alcool issu de la scission des
IR à 3 475 cm
mécaniques
chaînes
Acide carboxylique saturé Blanchissement [28], [29]
IR à 1 714 cm
Propriétés
Quinone-méthyde
IR à 1 657 cm
mécaniques
Produits de dégradation du
IR à 2 736 cm
PPE groupement éther
(bande de taille décroissante)
IR à 1 021 cm
(bande de taille décroissante)
Quinone-méthyde UV à 330 nm Jaunissement
PEEK Acide carboxylique Jaunissement [30]
IR à 1 725 cm
aromatique
Groupements hydroxyles
IR à 3 370 cm
VIS de 400 nm à 600 nm
PEBA Produits de dégradation du Fissures [2], [31]
IR à 2 791 cm
groupement éther
1 Propriétés
IR à 1 111 cm
mécaniques
(bande de taille décroissante)
Ester carboxylique
IR à 1 725 cm
IR à 1 180 cm
4.2.3 Paramètres de vieillissement à prendre en compte
4.2.3.1 Influence de l'eau

Il convient de signaler que, dans certains cas, l'eau peut avoir des effets chimiques sur le comportement

photochimique des matériaux polymères; par exemple:

 elle peut accentuer l'effet photocatalytique de pigments photoconducteurs non traités, tels que le dioxyde

de titane ou l'oxyde de zinc, et augmenter de manière significative la photo-oxydation de certains

polymères;

 la photo-instabilité de certains colorants est accentuée dans leurs formes ioniques;

 l'hydrolyse de certains photoproduits peut se produire.

NOTE 1 L'hydrolyse de polymères et d'additifs non exposés peut également avoir lieu.

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Il convient également de signaler que l'eau peut avoir des effets physiques sur le comportement des

matériaux polymères, par exemple plastification, extraction et élimination par l'eau des additifs de faible

masse moléculaire. Un effet physique important de l'eau sur la dégradation des matériaux est le cycle

ininterrompu de dilatations et de contractions du polymère qui gonfle lorsqu'il absorbe l'eau et se rétracte

lorsqu'il sèche. Cela entraîne des micro-fissures et une perte de brillant, à des niveaux plus faibles de photo-

oxydation, dans les climats humides.

L'extraction et l'hydrolyse des stabilisants par l'eau peuvent entraîner leur disparition à une vitesse très

supérieure à celle attendue, ce qui entraînera une dégradation plus rapide du polymère. À l'inverse, certains

initiateurs de dégradation, tels les additifs ignifugeants, peuvent être éliminés et leur influence négative pour

le vieillissement ainsi atténuée.

NOTE 2 La pulvérisation d'eau liquide ou la création de condensation de vapeur d'eau pendant le photovieillissement

artificiel n'est pas essentielle lorsque l'évaluation porte principalement sur les modifications chimiques; par contre, elle est

nécessaire lorsque l'essai de laboratoire a pour but de reproduire la modification d'aspect qui peut se produire en

extérieur. L'eau révèle et accentue la dégradation de l'aspect (blanchissement, micro-fissuration, érosion, etc.) résultant

de l'oxydation du matériau polymère. Les échantillons exposés peuvent également être immergés périodiquement dans

de l'eau déminéralisée maintenue à une température donnée comprise entre 40 °C et 60 °C. Pour que les essais de

vieillissement artificiel accéléré soient fiables, la durée et la fréquence de l'humidification par condensation ou

pulvérisation d'eau sont très importantes.

Il convient de contrôler les effets de l'immersion sur l'échantillon de polymère oxydé en effectuant une analyse

IR avant et après traitement par l'eau. Ce contrôle est nécessaire pour éviter des résultats trompeurs résultant

du choix d'un produit critique qui pourrait être extrait de la matrice polymère par l'eau.

4.2.3.2 Migration des additifs

Pendant l'exposition, les composants organiques de faible masse moléculaire (par exemple les additifs

antistatiques, les lubrifiants, les stabilisants UV, etc.) peuvent migrer du cœur vers la surface des polymères.

L'accumulation de ces composants à la surface des plaques exposées peut gêner la détection des produits

d'oxydation du polymère par les techniques spécifiques d'analyse IRTF de la surface. Il convient de laver la

surface exposée avec précaution avec de l'eau déminéralisée ou de l'éthanol et de la sécher avant d'effectuer

l'analyse pour éviter de compromettre l'analyse de la dégradation du polymère. Il convient de prendre la

même précaution avec les échantillons pollués suite à leur exposition en extérieur.

5 Détermination des modifications chimiques des matériaux polymères par
spectrométrie IRTF
5.1 Généralités

La spectroscopie infrarouge est une technique vibrationnelle dans laquelle les bandes d'absorption à des

longueurs d'onde spécifiques permettent l'identification de groupements fonctionnels spécifiques dans la

structure du polymère. La spectroscopie IR peut être utilisée d'une manière quantitative; il s'agit alors de

spectroscopie IRTF.

Différentes technologies infrarouge [transmission, réflexion, photoacoustique, réflexion totale atténuée (ATR),

micro-spectroscopie] peuvent être utilisées en fonction de la géométrie, de la transparence et des propriétés

de diffusion de l'échantillon soumis à analyse.
La dégradation d'un polymère peut être caractérisée par:

 l'émergence de nouvelles bandes d'absorption spécifiques des photoproduits critiques issus de la matrice

polymère: par exemple des bandes correspondant à des composants chimiques comportant des

groupements carbonyles ou hydroxyles:

 la diminution d'une bande d'absorption spécifique caractéristique d'un site de fragilité de la structure

polymère: par exemple des bandes correspondant aux groupements uréthanes, aux groupements éthers

ou à des groupements fonctionnels insaturés.
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La mesure de la variation de l'absorbance par rapport à l'état initial pour des bandes spécifiques permet de

déterminer la manière dont l'oxydation progresse ou de déterminer la vitesse d'oxydation pour une analyse

cinétique.
5.2 Appareillage

5.2.1 Spectromètre infrarouge étalonné, capable d'enregistrer un spectre (en mode transmission,

réflexion ou émission photoacoustique) dans le domaine infrarouge compris entre environ 4 000 cm et

1 1

environ 700 cm , avec une résolution de 4 cm . Les mesures doivent être effectuées en atmosphère sèche

(air sec ou azote).
Lorsqu'un spectromètre IRTF est utilisé, un min
...

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