Histoire des polymères chlorés : l'essor du PVC, du Néoprène et du PVDC

Dès les années 1920 et au début des années 1930, l'évolution rapide des polymères synthétiques a introduit une nouvelle classe de matériaux fondée sur la chimie du chlore. La première preuve de « synthèse » du PVC remonte au milieu des années 1830, lorsque Justus von Liebig et son élève, Henri Victor Regnault, ont produit pour la première fois du chlorure de vinyle — le monomère qui deviendrait plus tard l'épine dorsale du PVC. Bien que aucun des deux chimistes n'ait eu l'intention de créer des polymères, l'observation de Regnault en 1838 d'une poudre blanche formée dans un récipient contenant du chlorure de vinyle a marqué la naissance accidentelle du PVC. Le matériau a été « découvert » à nouveau en 1872, soulignant sa nature insaisissable.

Les tentatives commerciales d'exploiter le PVC au début du 20e siècle ont buté sur sa mauvaise stabilité thermique. Waldo Semon de B.F. Goodrich a résolu ce problème en inventant des plastifiants qui abaissaient la température de ramollissement du PVC, ouvrant une fenêtre étroite mais viable pour le traitement à la fusion. En variant le type et la quantité de plastifiant, les fabricants pouvaient adapter le PVC du rigide au flexible, donnant au polymère une remarquable polyvalence.

En 1930, le directeur de recherche de DuPont, Elmer Bolton, a pivoté vers la chimie de l'acétylène, convertissant l'acétylène de vinyle en chloroprène — le monomère du Néoprène — en le faisant réagir avec du chlorure d'hydrogène. En 1931, DuPont avait acquis les brevets du Dr Julius Nieuwland de Notre Dame et polymérisé le chloroprène, produisant le premier caoutchouc véritablement synthétique. Les propriétés du Néoprène pouvaient également être affinées avec des plastifiants, tirant parti de la même chimie qui avait révolutionné le PVC.

Deux ans plus tard, un ouvrier de laboratoire chez Dow Chemical a découvert par inadvertance le polyvinylidène chlorure (PVDC). Chimiquement similaire au PVC mais avec une teneur en chlore plus élevée, le PVDC offrait des propriétés barrière, chimiques et ignifuges supérieures. Ralph Wiley a d'abord noté la résistance du PVDC aux agents de nettoyage tout en travaillant sur le perchloroéthylène. Reconnaissant son potentiel comme revêtement barrière à l'humidité, Wiley a orienté l'entreprise vers des applications film. Après six ans de raffinage — incluant l'élimination d'une teinte verte et d'une odeur désagréable — le PVDC a été adopté en 1942 comme film protecteur pour l'équipement militaire. Bien que le président de Dow, Willard Dow, ait envisagé d'abandonner le PVDC en 1943, les brevets de Wiley ont persuadé l'entreprise de continuer, menant à la création du film à bulles Saran iconique. Saran est devenu l'emballage de référence pour l'équipement militaire, et après-guerre, un produit d'emballage alimentaire d'une petite entreprise a finalement ramené la marque sous l'égide de Dow en 1948.


Après le PVC, le Néoprène et le PVDC, le polyéthylène chloré (CPE) est apparu. Contrairement aux autres, le CPE est produit en chlorant du polyéthylène pré-polymérisé, remplaçant les atomes d'hydrogène par du chlore le long de la chaîne principale. Selon le polyéthylène de base (LDPE vs HDPE) et la teneur en chlore, le CPE peut se comporter comme un thermoplastique, un élastomère thermoplastique ou un polymère rigide. Le brevet de 1939 d'Eric Fawcett — qui a également aidé à inventer le polyéthylène — a jeté les bases des polyoléfines chlorées, y compris le polypropylène chloré. Lorsque le PVC est chloré post-polymérisation, il devient du PVC chloré (CPVC), augmentant sa température de transition vitreuse de ~80 °C à 110 °C et améliorant la résistance à la chaleur.

Le chlore confère plusieurs attributs souhaitables à ces matériaux : propriétés barrière exceptionnelles (ex: la barrière à l'oxygène de Saran dépasse le LDPE de plus de 3 000 ×), haute résistance chimique et ignifugation inhérente. Par exemple, le Néoprène peut filtrer 99,9 % des particules supérieures à 0,1 µm — surpassant la taille d'un coronavirus moyen (≈0,125 µm). Cependant, le chlore introduit aussi des défis : fenêtres de traitement étroites, sous-produits corrosifs exigeant un outillage protecteur, et préoccupations environnementales comme la formation de dioxines lors de l'incinération du PVC.

En 2004, S.C. Johnson a changé la composition du Saran Wrap du PVDC au polyéthylène pour atténuer l'impact environnemental. Le nouveau matériau est plus léger, moins cher et plus facile à produire mais manque de l'auto-adhérence et de la performance barrière supérieure du PVDC original. La surveillance réglementaire s'étend maintenant aux retardateurs de flamme halogénés, pourtant le Néoprène reste largement utilisé — des housses d'ordinateur portable à la haute couture — illustrant la perception publique complexe des plastiques.

Malgré les controverses, les polymères contenant du chlore ont perduré pendant près d'un siècle. Le PVC reste le troisième polymère le plus consommé au monde, grâce largement aux propriétés que le chlore confère. Alors que l'industrie continue d'explorer des alternatives, les polymères fluorés seront le prochain centre d'attention.

À PROPOS DE L'AUTEUR : Michael Sepe est un consultant indépendant en matériaux et procédés basé à Sedona, Arizona, avec des clients à travers l'Amérique du Nord, l'Europe et l'Asie. Avec plus de 45 ans d'expérience dans l'industrie des plastiques, il conseille sur la sélection de matériaux, la fabricabilité, l'optimisation des processus, le dépannage et l'analyse de défaillance. Contact : (928) 203‑0408 • mike@thematerialanalyst.com