Activation des phénomènes de migration dans les emballages : application à la sécurité alimentaire des aliments emballés
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Abstract EN:
The EU directive 1935/2004/CE compels the traceability of contaminants originating from food contact materials. Stakeholders must verify possibly with simulation that desorbed substances from packaging materials do not exceed specific migration limits. No general model exist to predict diffusion coefficients, D, ands their activation energies, Ea, in thermoplastics. This work studies the molecular transport mechanisms of additives-type molecules (MAT) in polyolefins, and the responsability of entropic trapping for the high spread of D and Ea values. The analysis rely on experimental data (D, Ea), which were available before this study, and on data collected during this study (activation volumes, Va), as well as on simulations of molecular mechanics and non-equilibrium dynamics. Scaling laws of type D proportional to the molecular mass with a power α>1,8 and simulations confirm that the geometrical confinement between polymer segments is the factor which limits the diffusion. The translation process of MAT occurs by successive reorientations of a fraction of their length along the direction of minimum section. Ramifications and symmetry decrease the diffusion process. The description of diffusion of MAT as random walks between macro-states was used to propose molecular descriptors to classify and predict D values in polyolefins. With a probabilistic framework, the proposed method based on decision trees generates likely or overestimates of D values. A microscopic method of local measurement of D and Ea values has also been developed to consider the semi-crystalline state of polyolefins at ambient temperature.
Abstract FR:
Le règlement européen 1935/2004/CE impose la traçabilité des contaminants provenant des matériaux en contact avec les aliments. Les acteurs doivent s’assurer éventuellement par la simulation que les substances de l’emballage ne sont pas désorbées dans l’aliment au-delà des seuils fixés. Il n’existe pas de modèle général pour prédire les coefficients de diffusion, D, et leur énergie d’activation, Ea, dans les thermoplastiques. Ces travaux étudient les mécanismes moléculaires de transport de molécules de type additifs (MTA) dans les polyoléfines, et la contribution du piégeage entropique dans la grande dispersion des valeurs de D et Ea. Les analyses s’appuient sur des données expérimentales déjà disponibles (D, Ea) ou acquises lors de ces travaux (volumes d’activation, Va), et sur des simulations de mécanique et dynamique moléculaires hors équilibre. Les lois d’échelles de type D proportionnel à la masse moléculaire des MTA à une puissance α>1,8 et les simulations confirment que le confinement géométrique entre les chaînes du polymère est le facteur limitant la diffusion. La translation des MTA se produit par réorientations successives d’une fraction de leur longueur dans la direction de section minimale. Les ramifications et la symétrie réduisent la diffusion. La description de la marche aléatoire conduit à la proposition de descripteurs moléculaires pour classer et prédire les valeurs de D. La méthode proposée, basée sur des arbres de décision, permet de générer des valeurs vraisemblables ou des surestimateurs de D. Une méthode microscopique de mesure locale de D et Ea a été développée afin de considérer l’état semi-cristallin des polyoléfines à température ambiante.