[ACTUALISATION] Les trois types d'antioxydants expliqués

Mis à jour en juin 2026 · Révisé par l'équipe technique de Nanjing Wellt Chemicals

Les antioxydants pour plastiques sont des additifs qui interrompent l'oxydation afin d'éviter que les polymères ne deviennent cassants, jaunis ou fragiles. Choisir le bon antioxydant pour plastiques ne se résume pas à mémoriser une liste de marques, mais plutôt à comprendre trois rôles essentiels. Chaque additif de cette catégorie appartient à l'une de ces trois classes : piégeage des radicaux libres, décomposition des hydroperoxydes, ou une combinaison des deux dans un système synergique. En maîtrisant ces rôles, vous pourrez choisir l'antioxydant le plus adapté (un phénol encombré , un phosphite ou un mélange prêt à l'emploi) sans tâtonner.

L’oxydation des plastiques et le rôle des antioxydants

Les polyoléfines, comme le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE), présentent de nombreux avantages : elles sont relativement bon marché, peu denses et très résistantes. Leur principal inconvénient réside toutefois dans leur squelette, constitué uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène, qui réagissent facilement avec l’environnement, notamment avec l’oxygène. La chaleur et le cisaillement mécanique aux températures typiques de l’extrusion, par exemple, provoquent la dissociation de l’hydrogène, générant des radicaux libres. Ces radicaux libres, en se liant aux molécules d’oxygène voisines, forment des radicaux peroxy qui arrachent les atomes d’hydrogène des chaînes polymères adjacentes. Les radicaux peroxy forment finalement des hydroperoxydes, qui, à leur tour, se dissocient pour former encore plus de radicaux libres et de molécules d’oxygène. Ce cycle d’auto-oxydation, qui s’auto-alimente, est appelé auto-oxydation. L’auto-oxydation étant exponentiellement plus active à haute température, elle clive les chaînes polymères, ce qui diminue la masse moléculaire, augmente la fluidité à l’état fondu et conduit finalement à une décoloration, une perte de résistance à la traction et d’allongement, ainsi qu’à une fragilisation du matériau.

Les antioxydants stoppent ces réactions d'auto-oxydation. De manière générale, les antioxydants sont des additifs (ou stabilisants) ajoutés en infimes quantités aux plastiques pour empêcher la dégradation des polymères et la perte de leurs propriétés fonctionnelles au contact de l'oxygène. Les antioxydants protègent le plastique de l'oxydation du polymère, qui se poursuit même après la synthèse et au-delà de la fusion, lorsque les pièces polymères sont utilisées. Ces effets – la perte des propriétés physiques du matériau – se produisent bien avant toute modification physique observable de la pièce elle-même. La dégradation du matériau se fait par oxydation thermique. Selon ScienceDirect , une étude largement citée dans laquelle les rédacteurs de la revue ont présenté une synthèse des propriétés des additifs dans divers plastiques, les stabilisants sont nécessaires car la dégradation commence dès la fusion de la résine vierge. Il est donc essentiel que l'antioxydant contenu dans le plastique résiste aux conditions extrêmes auxquelles le plastique est soumis pendant quelques minutes seulement lors de l'étape de fusion, ainsi que pendant de nombreuses années lors de son application finale. Aucune molécule antioxydante n'est efficace à ces deux étapes ; c'est là que les différents types d'antioxydants entrent en jeu. Chez Wellt, nous considérons cela comme une règle unique : les antioxydants pour polymères sont des stabilisateurs destinés à protéger les polymères, ajoutés car l’oxydation des polymères — une réaction en chaîne radicalaire qui commence lors de la polymérisation et s’accélère thermiquement — érode silencieusement les propriétés mécaniques et la valeur d’utilisation finale bien avant que la pièce ne paraisse endommagée.

Type 1 : Antioxydants primaires (phénols encombrés)

Les antioxydants primaires sont des piégeurs de radicaux libres, également appelés antioxydants inhibiteurs de réaction en chaîne. Leur principal mécanisme chimique repose sur le phénol, une molécule à encombrement stérique important dont les volumineux groupements tert-butyle protègent un groupe hydroxyle très réactif. Ce groupe hydroxyle cède un atome d'hydrogène à un radical peroxyle, transformant ainsi un radical libre agressif en une molécule stable et interrompant une étape de propagation. C'est cet encombrement stérique qui fait toute la différence : il ralentit l'oxydation du phénol, permettant à la molécule de survivre suffisamment longtemps pour continuer à céder des atomes d'hydrogène pendant des années. C'est pourquoi les phénols à encombrement stérique sont essentiels à la stabilité thermique à long terme. Un mauvais choix d'antioxydant primaire peut entraîner une défaillance prématurée d'une pièce, car une fois le phénol consommé, la réaction en chaîne se poursuit sans contrôle ; le maintien d'une concentration résiduelle de phénol supérieure à environ 0.05 % permet de l'empêcher.

Qu'est-ce qu'un antioxydant phénolique encombré ?

Un antioxydant phénolique encombré est un antioxydant contenant un ou plusieurs groupements phénoliques, mais avec une substitution encombrante en position ortho par rapport au(x) groupe(s) hydroxyle, ce qui confère à l'antioxydant une capacité de liaison à l'hydrogène très élevée et persistante. En pratique, les deux antioxydants les plus utilisés sont l'Irganox 1010, un phénol encombré de masse moléculaire élevée , et l'Irganox 1076, de masse moléculaire plus faible.

Le compromis est simple : le poids moléculaire élevé de l'Irganox 1010 lui confère une faible volatilité et le rend résistant aux pertes lors du traitement à chaud, mais il migre moins facilement dans les films minces, tandis que l'Irganox 1076 se disperse et migre plus facilement.

Il est important de déconstruire un mythe selon lequel un poids moléculaire élevé empêcherait un additif de quitter la pièce. Une étude évaluée par des pairs portant sur 20 antioxydants dans des matériaux plastiques en contact avec les aliments (PMC, 2024) a révélé que l'Irganox 1010 était l'antioxydant présentant la plus grande migration lors des tests avec des simulants de matières grasses (0.29 mg/kg, suivi de l'Irganox 1076 et de l'Irgafos 168). Un poids moléculaire élevé minimise certes la volatilisation et réduit ainsi la migration dans les simulants alimentaires gras, sans toutefois l'éliminer complètement. De plus, il existe un seuil réglementaire pour cette migration que les acheteurs doivent prendre en compte. Les phénols plus légers, tels que l'hydroxytoluène butylé (BHT), conviennent aux applications moins exigeantes, mais s'évaporent trop rapidement pour les applications à longue durée de vie. Autre inconvénient des phénols : ils sont utilisés pour lutter contre la dégradation thermique et oxydative, et non contre les rayonnements UV, qui nécessitent des stabilisateurs de lumière. Les amines (une autre famille d'antioxydants primaires) combattent également la chaleur/l'oxydation, mais provoquent un jaunissement/des taches et sont principalement utilisées pour des travaux difficiles et le caoutchouc.

« Sur la chaîne de production, le phénol est votre assurance pour les dix prochaines années, pas pour les dix prochaines minutes. Ceux qui attribuent le jaunissement à un « manque de phénol » manquent généralement de phosphite lors du traitement. »

Type 2 : Antioxydants secondaires (phosphites et thioesters)

[ACTUALISATION] Irgafos 168 : Utilisations, avantages et spécificationsÉcrit par Adria
23 septembre

Les antioxydants secondaires fonctionnent à l'inverse : au lieu de piéger les radicaux libres, ils éliminent les hydroperoxydes qu'ils laissent derrière eux, les décomposant en produits stables avant qu'ils ne puissent se scinder en deux nouveaux radicaux. Selon la description chimique de BASF, cette classe d'antioxydants, les phosphites et les thioesters, réagit avec les hydroperoxydes pour former des produits non radicalaires. Il existe deux sous-familles, et les confondre constitue une erreur de sélection fréquente. Un mauvais choix d'antioxydant secondaire peut entraîner un jaunissement de la pièce lors de l'extrusion à haute température – un problème coûteux que Wellt rencontre le plus souvent dans les composés utilisés pour l'automobile et l'emballage, à des températures supérieures à 250 °C.

Quel est le rôle d'un antioxydant phosphite lors de l'extrusion ?

Lors de l'extrusion, l' antioxydant phosphite, Irgafos 168 , effectue la majeure partie du « combat en première ligne » - il décompose les hydroperoxydes qui se forment sous la chaleur et le cisaillement - le processus qui donne à l'écoulement fondu sa stabilité et empêche le jaunissement qui peut tant gâcher les pièces brillantes et blanches.

Il convient toutefois de souligner que le stockage du phosphite est crucial. En effet, il peut s'hydrolyser en milieu humide ( des recherches menées par l'Université métropolitaine de Manchester sur l'hydrolyse du phosphite montrent que l'existence de mélanges synergiques et de qualités résistantes à l'hydrolyse est précisément due à la dégradation du phosphite brut lors du stockage). Il est donc impératif de le conserver dans un endroit sec et hermétique, ou d'opter pour une qualité stabilisée à l'hydrolyse. Pour des performances durables à haute température, les antioxydants de type ester de soufre (thioester), tels que le DLTDP et le DSTDP, prennent le relais lorsque les phosphites sont moins efficaces. Les désactivateurs de métaux, utilisés pour complexer les ions métalliques catalytiques (cuivre, etc.) fréquemment présents dans les formulations de fils et de câbles, constituent une autre catégorie d'agents auxiliaires.

Type 3 : Systèmes synergiques (mélanges et co-stabilisation)

Troisièmement, il existe des systèmes combinés, associant délibérément les deux premiers. En pratique, ce sont ceux que la plupart des usines achètent. Puisqu'un phénol primaire et un phosphite secondaire protègent à différentes étapes du cycle de vie du polymère (d'abord sous l'effet de la chaleur et du cisaillement lors de la transformation, puis lors d'une dégradation plus progressive en service), on bénéficie d'un système qui couvre ces deux aspects. Des avantages synergiques ont été démontrés : lors d'essais sur le terrain, des solutions de stabilisation combinant un phénol et un phosphite ont augmenté le temps d'induction à l'oxydation (OIT) des tuyaux en polyoléfine de plus de 40 %, par rapport aux performances des systèmes composants utilisés seuls. C'est la définition pratique du principe 1+1>2 dans les systèmes antioxydants.

Le système antioxydant prêt à l'emploi le plus populaire est de loin l'Irganox B215, un mélange 1:2 d'Irganox 1010 et d'Irgafos 168. En tant que fabricants de ces mélanges antioxydants composites , nous vous conseillons, sauf raison particulière justifiant l'ajout séparé des deux composants, d'utiliser l'un de nos systèmes synergiques prémélangés. Ils éliminent les erreurs de pesage, garantissent des proportions fixes et se dispersent sous forme de granulés. Seule une application très spécifique peut justifier un écart par rapport au ratio standard 1:2. La maîtrise du dosage est essentielle : une quantité insuffisante d'antioxydant secondaire risque d'entraîner une perte de couleur ; au-delà de 0.3 % environ, les additifs peuvent se dissoudre ou blanchir – un compromis que Wellt s'efforce de trouver lors de la formulation de ses mélanges composites.

Choisir le bon type d'antioxydant en fonction du polymère et de l'application

Le choix du type d'antioxydant approprié dépend de deux variables : la température de transformation et la durée de vie requise. Pour la plupart des polyoléfines, commencez par un mélange phénol-phosphite à 0.05–0.2 %. Ajoutez un thioester pour les applications à haute température et un désactivateur de métaux pour les fils et câbles. La sélection se résume à deux questions : à quelle température de transformation travaillez-vous et quelle est la durée de vie requise pour votre pièce ? Le sélecteur de polymères en fonction de l'antioxydant ci-dessous (notre carte des 10 antioxydants pour résines ) propose des solutions de base. Les concentrations indiquées sont des généralisations basées sur les pratiques industrielles et ne doivent servir que de points de départ ; elles varient selon la qualité précise du polymère, le procédé et la géométrie de la pièce finale.

Exemple pratique : Supposons que vous deviez préparer 1 000 kg de PP pour le moulage d’usage général et que vous choisissiez d’utiliser un mélange antioxydant synergique de type B215 à une concentration totale d’additifs de 0.1 %. Cela correspond à 1 kg de mélange par lot (1 000 kg × 0.001). Ce kilogramme de mélange contient environ 0.033 % d’Irganox 1010 et 0.067 % d’Irgafos 168 dans un rapport de 1:2. Si la pièce nécessite une bonne stabilité thermique en service, par exemple une agrafe de capot automobile, vous pouvez augmenter cette concentration entre 0.2 % et 0.3 %, en remplaçant une partie du phosphite par un thioester pour améliorer la stabilité thermique. Les antioxydants sont généralement introduits sous forme de mélange-maître antioxydant ou intégrés à un ensemble antioxydant pour plastique, afin que la faible dose se disperse uniformément dans la résine.

En tant que famille d'antioxydants, les additifs pour plastiques assurent une protection thermique contre la chaleur à différents niveaux. Ces mêmes additifs, utilisés dans les matériaux de construction et d'emballage, stabilisent également les substrats organiques tels que les plastiques employés dans les dispositifs médicaux, les fibres synthétiques, les mousses de polyuréthane et les profilés de construction. Les phosphites sont particulièrement efficaces pour la stabilité lors de la transformation, facilitant ainsi le traitement et la protection des polymères comme le polyéthylène et le polypropylène (PP). Les phénols, quant à eux, protègent les produits finis tout au long de leur durée de vie. Certains additifs peuvent migrer (efflorescence) en cas de surdosage ; l'objectif est donc d'utiliser la plus faible quantité possible tout en protégeant la pièce de l'oxydation à haute température. La plupart des pièces en plastique nécessitent de très faibles quantités d'antioxydants, bien inférieures à 1 %.

📐 Note technique

Découvrez l'antioxydant essentiel Ultranox™ 626 : votre guide complet 2024Écrit par Adria
23 septembre

Si des fibres ou des rubans en polypropylène (PP) sont utilisés, ne dépassez pas 0.1 % de la quantité totale d'antioxydants et privilégiez les phosphites. Un excès d'antioxydants phénoliques peut provoquer un rosissement ou une coloration du plastique exposé à d'importantes quantités de gaz de combustion, notamment lors du stockage du produit et de son exposition potentielle aux gaz issus de la combustion du gaz naturel, etc. Vous pouvez tester rapidement l'efficacité antioxydante de différents antioxydants dans notre laboratoire, conformément à la norme ASTM D3895, par calorimétrie différentielle à balayage (DSC).

Erreurs de sélection courantes (d'après le terrain)

Les trois principales causes de problèmes et/ou de plaintes concernant les antioxydants sont : 1- la surutilisation, 2- les phosphites laissés en option et 3- l'hydrolyse des phosphites.

• Des niveaux de charge excessifs – la quantité plus élevée d'antioxydant ajoutée au plastique n'apporte pas d'avantage proportionnel en termes de performances et peut entraîner un blanchiment qui donnera un aspect terne à la pièce et peut provoquer des dépôts dans les moules et les équipements utilisés pour traiter la pièce.
• Considérer les antioxydants secondaires (phosphites) comme optionnels - De nombreux transformateurs estiment que les phosphites n'ont pas besoin d'être utilisés dans leur composé pour réduire les coûts, et la protection globale requise des pièces en plastique repose sur un seul antioxydant. Pour protéger leur produit pendant le processus, la perte de couleur peut être importante lors de l'extrusion si un antioxydant phosphite est omis, car il agit comme un auxiliaire de traitement qui protège la couleur et la clarté des produits pendant les processus d'extrusion.
• Stockage et manipulation des phosphites : De nombreux produits contiennent des conteneurs ouverts de phosphites dans leur stock, ce qui est une cause directe d'hydrolyse du phosphite lorsqu'il est exposé à l'humidité. Utilisez un stockage hermétique et sec, ou achetez une qualité résistante à l'hydrolyse.

Dans un exemple concret, un recycleur de plastique a réextrudé des déchets de PP en deux étapes, ce qui a entraîné une augmentation de la fluidité à l'état fondu et l'apparition de pièces grises. Après l'ajout d'environ 0.2 % d'un mélange d'antioxydants synergisés, le produit recyclé a retrouvé sa fluidité à l'état fondu et ses propriétés mécaniques d'origine. Cette opération est courante sur les lignes de recyclage de PP broyé en production à environ 230 °C. Ce type de traitement thermique répété favorise la perte et la migration des additifs, phénomènes observés dans l'ensemble des additifs plastiques.

Perspectives réglementaires et de recyclage : quels sont les changements ?

Principaux changements dans l'industrie des plastiques : non pas de nouvelles formulations chimiques, mais la réglementation, le développement durable et l'économie circulaire. Ces facteurs favorisent l'utilisation de matériaux recyclés et, par conséquent, influencent le choix des additifs pour les transformateurs de plastiques. Aux États-Unis, les matériaux destinés au contact alimentaire doivent être formulés avec des substances approuvées par la norme 21 CFR 178.2010, la liste des antioxydants et stabilisants pour polymères établie par la FDA (dont l'équivalent européen est le règlement 10/2011). Bien que des antioxydants courants comme l'Irganox 1010 et l'Irgafos 168 figurent dans ces bases de données, la réglementation impose le respect des limites de migration. Les données de migration antérieures sont donc essentielles pour le choix des antioxydants, notamment pour 2026.

Le recyclage est une meilleure option. Lors du recyclage mécanique du plastique, celui-ci ne se débarrasse pas de l'antioxydant existant, mais le consomme : chaque étape de traitement induit un traitement thermique supplémentaire qui détruit une partie du stabilisant. Comme le souligne PLASTICS à propos des emballages alimentaires recyclés , le recyclage mécanique standard laisse les antioxydants existants en place au lieu de les restaurer. Les recycleurs doivent donc ajouter du stabilisant pour rétablir la stabilité à l'état fondu. Un rapport de l'OCDE de 2026 sur la validation de la composition chimique des plastiques recyclés va dans le même sens, en liant la traçabilité selon la norme européenne EN 15343 au contenu recyclé destiné au contact alimentaire. Si vous prévoyez un projet pour 2026 intégrant du contenu recyclé, n'oubliez pas d'inclure dans votre budget un ensemble de synergistes à dose plus élevée et de vérifier la conformité régionale aux normes de contact alimentaire avant de finaliser la formule. (Les prévisions concernant la taille du marché des antioxydants pour plastiques en 2025, issues de différentes sources de recherche, varient considérablement, entre environ 2.6 et 5.9 milliards de dollars. Il convient donc de considérer ces chiffres comme un indicateur et non comme des données de référence pour la planification.)

Le risque est concret et coûteux : spécifier une qualité non conforme peut entraîner l’échec des tests de migration lors des phases de qualification d’un projet destiné au contact alimentaire en 2026 – une erreur onéreuse. Le recyclage mécanique introduisant des cycles répétés de chaleur à haute température, les recycleurs doivent restabiliser les matériaux contre la dégradation thermique et oxydative induite par la chaleur. Wellt conçoit des emballages de qualité recyclée pour les secteurs de l’emballage, du bâtiment, de l’automobile et du médical, qui doivent satisfaire aux normes 21 CFR 178.2010 et EN 15343 de l’UE. À mesure que cette catégorie d’antioxydants – des additifs utilisés dans l’industrie des plastiques pour un nombre croissant d’applications – évolue vers le recyclage, seuls les produits fabriqués avec des systèmes antioxydants certifiés et conformes pour le traitement et la protection de la résine réussissent les audits.

Questions fréquemment posées