Le carbonate de calcium est un composé chimique inorganique essentiel. Il est largement utilisé dans des industries telles que les plastiques, le caoutchouc, les revêtements et la fabrication du papier. Ces dernières années, l'utilisation de résines et de produits chimiques synthétiques n'a cessé de croître, entraînant une augmentation quotidienne de la consommation d'énergie. Dans les industries des plastiques, du caoutchouc et autres, l'ajout de charges est envisagé. Cependant, il s'agit de charges inorganiques, abondantes et peu coûteuses, incorporées aux polymères synthétiques. L'objectif est d'incorporer autant de charges inorganiques (comme le carbonate de calcium) que possible aux plastiques et aux caoutchoucs, tout en préservant les propriétés physiques et mécaniques des produits.
Le carbonate de calcium pur est un exemple de charge inorganique courante. Il est difficile de répondre à certaines exigences. Il est nécessaire de les modifier pour améliorer ses performances globales. L'industrie des matériaux composites connaît une croissance rapide. Le carbonate de calcium est aujourd'hui utilisé comme charge et modificateur important.
Le carbonate de calcium actif possède un excellent pouvoir de remplissage des matières plastiques. Il permet de réduire les coûts et d'améliorer la dureté, la rigidité, la stabilité dimensionnelle et la stabilité thermique des produits. Nous modifions le carbonate de calcium classique pour obtenir du carbonate de calcium actif. Ce dernier peut ainsi remplir et modifier les matériaux composites. Ces modifications portent notamment sur la forme cristalline, la taille et la distribution granulométrique des particules, ainsi que sur les propriétés de surface du carbonate de calcium.
méthode de modification du carbonate de calcium
Une des solutions consiste à modifier la granulométrie afin que les particules de carbonate de calcium soient fines ou ultrafines. Cela implique de modifier la forme cristalline et la taille des particules. L'utilisation de carbonate de calcium fin ou ultrafin est bénéfique. Grâce à ses différentes formes cristallines, il présente une meilleure capacité à étaler la résine et offre un effet de renforcement aux plastiques, au caoutchouc et à d'autres produits. Ces produits sont constitués de particules très fines et présentent une grande surface spécifique.
Cette méthode nécessite une modernisation du procédé existant. Elle requiert une meilleure carbonisation, pulvérisation et séchage du carbonate de calcium. Le processus de production est complexe. En production de masse, le séchage des articles est difficile et leur fabrication est coûteuse.
La seconde étape consiste à améliorer la surface du carbonate de calcium, le transformant ainsi d'inorganique en organique. Ceci augmentera sa compatibilité avec les résines organiques et améliorera également la fabrication et la qualité des produits.
Cette méthode utilise principalement des molécules amphiphiles, composées de groupements inorganiques et organiques. Parmi celles-ci figurent des tensioactifs, des acides à longue chaîne et des agents de couplage. Elles servent à modifier la surface du carbonate de calcium. Le procédé et l'équipement nécessaires sont relativement simples et faciles à mettre en œuvre. L'agent de couplage, relativement nouveau, permet de traiter le carbonate de calcium de différentes tailles. La modification obtenue est très efficace et son utilisation se développe dans la fabrication de matériaux composites, notamment les plastiques et le caoutchouc. Cette méthode constitue un moyen efficace d'élargir la gamme des charges de carbonate de calcium.
Matière organique adaptée à la modification du carbonate de calcium
De nombreuses substances peuvent modifier la surface du carbonate de calcium. Cependant, les recherches antérieures se sont principalement concentrées sur l'utilisation d'acides organiques. Ces derniers servent à rendre le carbonate de calcium actif. Le rôle des acides organiques à la surface du carbonate de calcium est essentiellement une adsorption physique. Ils assurent la lubrification à l'interface entre le carbonate de calcium et la résine. L'ajout d'acide organique peut modifier les propriétés rhéologiques et de mise en œuvre du matériau, mais n'améliore que très peu les propriétés physiques du produit.
Des études récentes ont montré que le traitement du carbonate de calcium avec un agent de couplage permet aux extrémités inorganiques et organiques de cet agent de réagir avec sa surface. Elles peuvent également réagir avec les résines organiques et s'y enchevêtrer. En présence d'un agent de réticulation, une réticulation peut se produire, modifiant ainsi la polarité de surface du carbonate de calcium et renforçant l'adhérence entre ce dernier et la résine organique. Par conséquent, l'ajout d'un agent de couplage peut améliorer la mise en œuvre des produits chargés en carbonate de calcium et optimiser leurs propriétés physiques et mécaniques.
Les agents de couplage à base de titanate et d'aluminate sont plus performants. Ils modifient la surface du carbonate de calcium. Cependant, le carbonate de calcium traité avec des agents de couplage à base de titanate change de couleur. Ce phénomène est dû à l'oxydation lors de son utilisation dans certains polymères. Pendant le stockage ou la transformation, l'extrémité organique de la molécule de titanate peut se décomposer, notamment par hydrolyse ou alcoolyse. Par ailleurs, la température de décomposition thermique du titanate est inférieure à celle de l'aluminate. Il est donc préférable d'utiliser des agents de couplage à base d'aluminate pour le traitement du carbonate de calcium.
Le carbonate de calcium s'active grâce à des agents de couplage aluminates. Les molécules de ces agents sont amphiphiles : elles possèdent une extrémité inorganophile et une extrémité organophile. L'agent de couplage agit à la surface du carbonate de calcium. Les ions calcium et carbonate présents à la surface des particules rencontrent l'eau de l'air et s'hydrolysent. Il se forme ainsi une surface hydroxyle alcaline et oléophobe.
Les groupes hydroxyle de surface du carbonate de calcium peuvent se lier à l'extrémité inorganique-phile de l'agent de couplage aluminate. Cette combinaison produit des particules de carbonate de calcium à surface modifiée. Ces particules, présentant une surface modifiée, sont mélangées à des résines. Les extrémités organiques des molécules d'agent de couplage peuvent s'enchevêtrer avec les molécules de résine. L'agent de couplage active le carbonate de calcium, améliorant ainsi son affinité pour la résine organique. Il modifie et renforce la résine.