Un additif présent dans la formulation du PVC souple permet à la fois d'assouplir le composé et de neutraliser le chlorure d'hydrogène qui le dégrade lors de la transformation à chaud. L'huile de soja époxydée (ESBO, comme indiqué dans la plupart des fiches techniques) remplit cette fonction à une concentration de seulement 1 à 5 phr, en complément d'un plastifiant principal plutôt qu'en remplacement de celui-ci.
La structure moléculaire explique ce phénomène : l’époxydation transforme les doubles liaisons de l’huile de soja en cycles oxirane, lesquels espacent les chaînes polymères et consomment l’acide. La teneur en oxygène époxy d’une huile, généralement comprise entre 6.0 et 6.9 %, détermine son efficacité dans ces deux fonctions ; c’est donc le critère principal à prendre en compte avant le label biosourcé.
Qu’est-ce que l’ESBO et en quoi diffère-t-elle de l’huile de soja ?
L'huile de soja époxydée (ESBO) est un liquide visqueux jaune clair obtenu par conversion des doubles liaisons carbone-carbone de l'huile de soja en cycles oxirane — des groupes époxyde à trois chaînons portant un atome d'oxygène réactif. L'huile de soja ordinaire ne contient pas de groupes époxyde et ne peut donc pas fixer le chlorure d'hydrogène libéré lors de la dégradation du PVC ; l'étape d'époxydation permet cette fixation.
Le matériau commercial contient de 6.0 à 7.0 % d'oxygène oxirane et présente une masse molaire moyenne de 950 à 1 050 g/mol, une densité de 0.994 g/cm³ et un point d'éclair de 227 °C. Il est enregistré sous le numéro CAS 8013-07-8 et figure sur les documents du fournisseur sous les désignations ESBO ou ESO.
Parmi les plastifiants biosourcés , l'ESBO est le leader en volume : la matière première est abondante et les cycles époxy ajoutent une fonction de piégeage des acides dont les esters de phtalate classiques sont dépourvus.
Mode d'action de l'ESBO en tant que plastifiant secondaire
L'ESBO ramollit le PVC environ deux fois moins vite que le DOP (baisse du point de ramollissement Vicat d'environ 1.5 °C par phr, contre 3.5 °C pour le DOP). C'est pourquoi on l'utilise à une concentration de 1 à 5 phr comme plastifiant secondaire en complément d'un plastifiant primaire tel que le DOP ou le DOTP ; une concentration de 3 à 5 phr constitue la plage de départ pratique pour la plupart des composés souples.
Même à ces faibles charges, il reste rentable en termes de traitement :
- Viscosité de fusion réduite et roulement régulier sur les calandres
- Maintien en service — il résiste à la fois à la perte par volatilité et à l'extraction à l'eau savonneuse
- Protection contre l'antiplastification, le DOP rigidifiant seul peut provoquer des ajouts d'environ 5 phr
La compatibilité entre le plastifiant et le polymère fixe la limite supérieure. Karmalm et ses collaborateurs ont rapporté en 2009 que le PVC plastifié avec environ 50 phr d'ESBO s'assouplissait de manière acceptable, mais qu'il exsudait sur les surfaces collantes après une exposition prolongée aux UV, une époxydation incomplète étant la cause suspectée.
Placez ESBO dans la fenêtre secondaire et la compatibilité ne deviendra jamais un problème.
Pourquoi l'ESBO agit également comme co-stabilisant dans le PVC
L'ESBO agit comme co-stabilisant car ses cycles oxirane consomment chimiquement le chlorure d'hydrogène libéré par le PVC lors de sa dégradation à chaud. Chaque molécule de HCl libre catalyse le cycle de dégradation suivant ; un agent neutralisant l'acide interrompt donc la réaction en chaîne avant que la décoloration ne s'installe.
La récupération des ressources emprunte trois itinéraires :
- Liaison directe de HCl lors de l'ouverture du cycle époxyde
- Substitution des chlores allyliques labiles sur la chaîne PVC — les points faibles où commence la dégradation
- La complexation du chlorure de zinc bloque l'effet catalytique que ZnCl₂ exerce normalement dans les composés stabilisés par Ca/Zn.
L'ouverture du cycle laisse également des groupes hydroxyle qui continuent à piéger le HCl, de sorte que la protection persiste longtemps après le début du processus de traitement.
Lors de tests de déshydrochloration publiés par Putrawan et ses collaborateurs dans Heliyon en 2023, le PVC non stabilisé a résisté pendant 5.6 minutes, et l'ajout de 5 phr de stéarate de Ca/Zn a porté ce temps à 17.8 minutes. L'ajout d'une seule phr d'huile époxydée a quasiment doublé le temps d'induction, et 1 à 4 phr ont permis de gagner de 10 à 30 minutes supplémentaires sur un laminoir à 190 °C.
C’est pourquoi je place l’ESBO en premier lieu du côté des stabilisants dans la composition de la formulation : les stabilisants et les plastifiants agissent de concert dans tous les composés flexibles, et l’ESBO est le seul additif présent des deux côtés.
Où l'ESBO est utilisé dans le PVC souple
ESBO se concentre sur le PVC souple destiné au contact alimentaire — les applications qui exigent une faible volatilité et une position réglementaire documentée :
- Joints d'étanchéité dans les bouchons métalliques des bocaux alimentaires en verre — son application la plus scrutée
- Films étirables et films d'emballage alimentaire
- PVC médical souple et autres articles souples pour lesquels une couche secondaire sans phtalates est spécifiée
C’est au niveau du joint du couvercle que la sécurité alimentaire des emballages a été mise à rude épreuve. Une étude suisse de 2005 a révélé une migration d’ESBO dans les aliments gras pouvant atteindre 1 170 mg/kg à partir des joints de couvercle. L’UE a réagi en fixant des limites de migration spécifiques dans le règlement (CE) n° 10/2011 : 60 mg/kg pour les emballages en contact alimentaire en général, et 30 mg/kg pour les joints d’étanchéité des préparations pour nourrissons et des aliments pour bébés.
Le taux de migration dépend de la teneur en matières grasses de l'aliment et de la charge de plastifiant du joint, c'est pourquoi les produits huileux constituent le cas le plus défavorable.
La question de savoir si l'ESBO est « sans danger » pour le contact alimentaire relève donc de la conformité réglementaire, et non de l'étiquetage. Demandez au fournisseur une documentation sur la migration des substances dangereuses pour chaque grade ; une allégation générale de sécurité alimentaire ne garantit rien.
Que vérifier sur un certificat ESBO ?
Cinq chiffres figurant sur un certificat d'analyse permettent de prédire le comportement d'un grade ESBO dans un composé : la teneur en oxygène époxy (également appelée oxygène oxirane), l'indice d'iode, l'indice d'acide, la couleur et la viscosité.
| Paramètre | Spécifications commerciales typiques | Ce qu'il prédit |
|---|---|---|
| oxygène époxy (oxirane) | 6.0 à 6.9 % ; qualités supérieures 6.5 ± 0.1 % | Capacité de piégeage du HCl de la qualité |
| Indice d'iode | ≤5 g I₂/100 g ; ≤3 sur les spécifications haut de gamme | Dans quelle mesure les doubles liaisons ont été complètement converties en cycles |
| Indice d'acide | ≤ 0.5 mg KOH/g | L'acidité résiduelle, qui nuit à la stabilisation |
| Couleur | ≤150 Pt-Co | Degré de raffinage ; clarté des composés limpides |
| Viscosité | ~325 mPa·s à 25 °C | Comportement de dosage et de pompage dans l'usine |
Entre deux qualités par ailleurs similaires, choisissez celle qui a la teneur en oxirane la plus élevée et l'indice d'iode le plus bas — plus de cycles formés et moins de doubles liaisons restantes signifient un travail de piégeage plus important par kilogramme.
Cependant, la recherche systématique d'une teneur élevée en oxirane pour différents types d'huiles est contre-productive. L'huile de lin époxydée atteint 8.2 % d'oxygène oxirane, mais sa polarité plus élevée risque de poser des problèmes de compatibilité lors du vieillissement et sa flexibilité à basse température est médiocre. Un chiffre plus élevé ne signifie pas nécessairement une meilleure qualité.
L'ESBO commence également à se solidifier aux alentours de 10 °C, les réservoirs de stockage hivernaux et les conduites de transfert nécessitent donc un chauffage modéré que les plastifiants conventionnels requièrent rarement.
Par exemple, la qualité ESO de Bastone indique dans sa spécification la teneur en oxygène et la pureté de l'époxy — des chiffres qui permettent à un acheteur de confirmer la capacité de co-stabilisation avant de s'engager sur une livraison complète.
Ce que la plupart des acheteurs ignorent à propos d'ESBO
L'erreur la plus fréquente que je constate est d'acheter de l'ESBO comme adoucissant biosourcé standard, en comparant les qualités en fonction du prix à la tonne, puis en s'étonnant des variations de stabilité thermique d'un lot à l'autre. La valeur commerciale réside dans la composition chimique du co-stabilisant, caractérisée par deux indices sur le certificat d'analyse : la teneur en oxygène oxirane et l'indice d'iode.
Spécifiez ces deux valeurs, maintenez la dose dans la plage indiquée et considérez l'aptitude au contact alimentaire comme une conformité à la migration par grade plutôt que comme une propriété de la molécule. En procédant ainsi, le ramollissement – la raison pour laquelle la plupart des gens pensent acheter de l'ESBO – se fera naturellement.