Le polychlorure de vinyle (PVC) est un polymère bon marché et facilement disponible, utilisé dans de nombreux secteurs tels que la chaussure, la tuyauterie, les fils et câbles, et les films calandrés. Cependant, la faible ténacité et l'instabilité thermique du PVC pur limitent son utilisation dans de nombreuses applications. C'est pourquoi, dans de nombreux secteurs, des composites de PVC modifiés par diverses charges ont été développés afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques et leur stabilité thermique.
Par exemple, l'ajout d'une certaine quantité de carbonate de calcium (CaCO3) permet d'améliorer la dureté des produits en PVC, ce qui se traduit par de meilleures performances et une maîtrise des coûts de production. Les recherches en cours montrent que la facilité de mise en œuvre du carbonate de calcium peut considérablement accroître son intérêt et son potentiel d'application dans les matériaux en PVC.
Comparaison de différentes applications du carbonate de calcium dans les matériaux PVC
Calcium humide lourd
Deng Kewen et son équipe ont utilisé du carbonate de calcium lourd broyé à sec de Guangyuan (GY616), du carbonate de calcium lourd ultra-fin et ultra-blanc broyé par voie humide de Guangyuan (CC-6000A) et du carbonate de calcium léger disponible dans le commerce dans la formulation de base d'un film de calandrage en PVC. Ils ont ensuite analysé l'influence de ces différentes variétés de carbonate de calcium sur la brillance, la résistance à la traction, la densité, la résistance à la chaleur et le pouvoir couvrant des films obtenus. La brillance et la densité du film calandré avec l'ajout de carbonate de calcium lourd humide étaient comparables à celles du film calandré avec du nano-calcium léger composite, tandis que la résistance à la traction et la résistance à la chaleur étaient améliorées. L'influence du CC-6000A, de la brillance, de la résistance à la traction, de la densité, du pouvoir couvrant et de la résistance à la chaleur a été évaluée avec quatre formulations différentes. Le CC-6000A a présenté une brillance, une résistance à la traction et une densité supérieures, ainsi qu'un meilleur pouvoir couvrant et une meilleure résistance à la chaleur que le nano-calcium léger composite.
nanoparticules de carbonate de calcium
Liu Yaxiong et al. ont étudié l'influence de facteurs clés tels que la température d'initiation de la carbonatation, la longueur de la chaîne carbonée des acides gras, le point de fusion et l'indice d'iode de l'huile, ainsi que l'agent de traitement de surface du composite, sur les propriétés des nanoparticules de carbonate de calcium et d'un film calandré de polychlorure de vinyle (PVC). Les résultats ont montré qu'à une température d'initiation de la carbonatation de 24 °C, le carbonate de calcium obtenu présentait une morphologie cubique régulière, une surface spécifique de 22,3 m²/g, une taille moyenne de particules de 80 nm, un indice de blancheur de 96%, une faible agglomération de particules et la plus petite taille de particules secondaires (D50 = 0,43 μm). Le film calandré ainsi préparé présentait le lustre le plus élevé, la meilleure capacité d'absorption d'encre et les meilleures performances globales.
Xie Zhong et al. ont utilisé du calcaire comme matière première pour produire de la chaux par calcination, puis ont employé la méthode de carbonisation continue à double tour pour fabriquer des nanoparticules de carbonate de calcium. Ils ont étudié un agent de traitement de surface composé d'acides gras, d'huiles végétales, de tensioactifs non ioniques, d'agents de couplage, etc., et ont mis au point un procédé de traitement d'activation de surface du carbonate de calcium en trois étapes. Ce procédé permet de produire du carbonate de calcium nano-activé présentant une faible absorption d'huile, une bonne aptitude à la mise en œuvre et une bonne dispersibilité. Utilisé comme charge et agent de renforcement dans la fabrication de tuyaux d'évacuation en PVC, ce produit présente d'excellentes performances en termes de résistance à la traction, d'allongement à la rupture et de retrait longitudinal sous pression. Tout en conservant sa forme initiale, le tuyau d'évacuation conserve une forme optimale.
Le carbonate de calcium sous différentes formes
Dong Dongdong et al. ont préparé cinq types de particules de carbonate de calcium de morphologies différentes (flocons, losanges, bâtonnets, sphères et cubes) par chloration et ont étudié l'influence de ces morphologies sur les propriétés mécaniques de films PVC souples. Les résultats montrent que les différentes formes de carbonate de calcium améliorent les propriétés mécaniques du film PVC : la résistance à la traction et l'allongement à la rupture augmentent significativement. Parmi ces particules, celles de forme bâtonnet présentent les meilleures propriétés mécaniques (résistance à la traction de 27,11 MPa), tandis que celles de forme losangique confèrent au film PVC modifié par le carbonate de calcium l'allongement à la rupture le plus élevé (98,231 MPa).
Hu Hongchuan et al. ont étudié l'effet du carbonate de calcium, d'un stabilisant thermique et d'un modificateur d'impact ACR sur les propriétés mécaniques d'un tuyau en PVC fortement chargé. Les résultats des tests ont montré qu'avec l'augmentation du dosage de carbonate de calcium, les propriétés de traction du tuyau en PVC diminuaient progressivement, tandis que sa résistance aux chocs et sa résistance à la flexion augmentaient.
Carbonate de calcium associé à du talc
Li Na et al. ont préparé des composites PVC/carbonate de calcium/talc par mélange à l'état fondu et ont étudié l'influence du talc et du carbonate de calcium sur les propriétés mécaniques et de mise en œuvre de ces composites. Les résultats ont montré que la température de ramollissement Vicat des composites PVC était maximale (78,6 °C) pour un rapport massique carbonate de calcium/talc de 10:20 ; la résistance à la flexion maximale (77,81 MPa) pour un rapport massique carbonate de calcium/talc de 15:15 ; et la résistance au choc sur éprouvette entaillée maximale (7,738 kJ/m²) pour un rapport massique carbonate de calcium/talc de 20:10. le module de flexion le plus élevé (6300MPa) des composites PVC lorsque le rapport massique du carbonate de calcium au talc était de 5:25.
carbonate de calcium modifié
Yang Dongdong et al. ont étudié l'influence du type et de la teneur en carbonate de calcium sur les propriétés des composites PVC/CaCO3. Leurs résultats ont montré que le composite modifié par l'acide stéarique et un agent de couplage titanate présentait l'avantage le plus significatif sur l'amélioration globale des performances des composites. La résistance aux chocs était notamment supérieure avec le composite 15% par rapport à celui contenant du carbonate de calcium non modifié.
Deng Chuanfu et al. ont étudié l'effet de nanoparticules de CaCO₃ modifiées sur les performances globales des composites PVC. Leurs résultats ont montré que l'introduction d'un nombre excessif de groupes hydroxyle lors de la modification en milieu humide du nanocarbonate de calcium favorise l'effet de greffage de l'agent de couplage silane, permettant ainsi d'obtenir des nanoparticules mieux dispersées et plus faciles à mettre en œuvre. Ces nanoparticules améliorent efficacement la stabilité thermique des composites PVC, favorisent leur plastification et confèrent aux composites un effet de renforcement et de ténacité.
Sans carbonate de calcium ajouté
Zhang Weifang et al. ont préparé des émulsions de nano-carbonate de calcium uniformément dispersées par microémulsification, puis ont synthétisé deux résines composites nano-CaCO3/PVC par polymérisation in situ. Les résines composites nano-CaCO3/PVC ont montré une augmentation simultanée de la densité apparente et de l'absorption de plastifiant, une meilleure stabilité thermique, une résistance aux chocs améliorée et un allongement à la rupture accru, par rapport aux résines vierges.
Actuellement, le développement rapide du carbonate de calcium spécialisé en Chine témoigne d'une croissance notable de ce secteur. Cependant, la production de produits haut de gamme reste encore relativement limitée, et des marges de progression subsistent quant à l'amélioration de la valeur ajoutée. Le carbonate de calcium pour PVC est un produit spécialisé relativement mature, dont les résultats de recherche sont assez systématiques. Concernant la sélection du carbonate de calcium, l'utilisation de modificateurs et le contrôle du procédé de transformation, des résultats concrets ont été obtenus, offrant ainsi des pistes de réflexion et de développement intéressantes.