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O. Vitrac et C. Joly
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20/07/2007
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4.2.2 Cas d'une interaction avec les constituants de l'aliment
La sorption des constituants de l'aliment au cours d'une étape de procédé ou de la conservation est
susceptible de modifier la cinétique de désorption des substances de l'emballage. Une sorption
significative des substances de l'aliment se produit si un constituant majoritaire de l'aliment est
suffisamment soluble dans la matrice polymère. Dans ce cas, les propriétés du polymère sont
significativement modifiées et le modèle présenté dans la partie 4.2.1 ne peut plus s'appliquer sans
précautions. Le mécanisme de sorption dans une matrice polymère est illustré sur la Figure 43 avec
la sorption du décane dans un matériau transparent (polystyrène amorphe). Cette situation modèle
met en évidence un front de sorption du décane qui progresse à l'intérieur du matériau.
Parce qu'il existe un front nettement identifié, la force motrice de la sorption est ici le gradient des
contraintes élastiques dans la matrice associée à la relaxation des chaîne du polymère plastifiées par
un bon solvant du polymère. A l'échelle moléculaire, le désenchevêtrement partiel des chaînes du
polymère s'accompagne d'un gonflement du polymère et donc d'une expansion locale. Le gradient
de contraintes élastiques généré crée en retour une force de succion (pression osmotique) qui
facilitera à son tour la sorption. Ainsi, l'énergie pour absorber les premières molécules est
importante mais beaucoup plus faible pour les suivantes. La cinétique de sorption présente
généralement deux phases : une première phase contrôlée par la diffusion et une deuxième
contrôlée par le gradient de contrainte élastique au sein du matériau.
Dans la région imprégnée, la plastification du polymère est responsable d'une forte activation de la
diffusion puisque le milieu tend à être moins dense et moins cohésif. Le coefficient D est alors
dépendant de la concentration locale en molécules absorbées. Le risque de contamination peut être
évalué par excès en supposant que le matériau est complètement gonflé et plastifié. Dans ce cas, le
coefficient D à retenir dans le système
(1)
est le coefficient de diffusion du polymère gonflé. Ce
raisonnement est discuté en détail dans l'article 1.
Figure 43. Observation en microscopie optique de la sorption du décane dans du polystyrène atactique à
70°C. Une interprétation moléculaire de plastification du polymère est également illustrée. D'après
Morrissey et Vesely (2000).