Application innovante du carbonate de calcium à haute charge dans les produits polymères
Ces dernières années, grâce aux progrès constants des technologies de remplissage à haut rendement et de dispersion efficace, l'application du carbonate de calcium dans polymères évolue vers des performances élevées, la fonctionnalisation, l'écologisation et la réduction des coûts, démontrant un potentiel de développement important.
1. Nouvelles tendances dans la recherche et l'application du carbonate de calcium
La technologie du carbonate de calcium à haute teneur en calcium a atteint le double objectif d’« amélioration des performances » et de « réduction des coûts », et doit désormais passer d’un « remplissage passif » à une « fonctionnalisation active ».
Des recherches ont démontré que les caractéristiques interfaciales formées entre la poudre de carbonate de calcium et les polymères constituent un élément clé de la recherche sur les matériaux composites et une avancée technologique majeure pour la fonctionnalisation active. Ces caractéristiques interfaciales influencent directement les propriétés mécaniques, la stabilité thermique, la conductivité électrique, la conductivité thermique et d'autres propriétés fonctionnelles des matériaux composites.
2. Mécanisme de renforcement interfacial du carbonate de calcium et polymère
Il ressort de cela que les principaux axes de recherche concernant l'application du carbonate de calcium dans les polymères restent le mécanisme de renforcement de l'interface, l'effet de concentration des contraintes, l'effet d'ancrage-escalade, la formation de vides à l'interface et les facteurs affectant les caractéristiques de l'interface (tels que la résistance de la liaison et la taille/dispersibilité des particules).
Résistance de l'interface : L'effet de renforcement du carbonate de calcium sur les plastiques repose essentiellement sur la résistance de l'interface entre le carbonate de calcium et le plastique. Les agents de couplage acides-esters classiques, les sels d'acides gras et les matériaux greffés peuvent améliorer cette résistance, mais ils présentent néanmoins des limitations.
Taille des particules et dispersibilité : Le carbonate de calcium à l’échelle nanométrique possède une surface spécifique plus importante, mais le problème d’agglomération doit être résolu ; le carbonate de calcium ultrafin a un effet de renforcement significatif sur les matériaux, mais il peut également modifier les caractéristiques de traitement ; le carbonate de calcium de plus grande taille est relativement plus facile à traiter, mais les performances du produit peuvent être compromises.
Il existe encore un potentiel d'expansion considérable, tant en profondeur qu'en étendue, des résultats de recherche actuels, et des produits à forte valeur ajoutée émergent continuellement.
3. Application du carbonate de calcium dans polymères
Le carbonate de calcium, utilisé comme charge fonctionnelle, améliore considérablement les propriétés mécaniques et la facilité de mise en œuvre des produits polymères, tout en réduisant les coûts. Il est largement utilisé dans les secteurs des plastiques, du caoutchouc et autres.
Plastique
Le carbonate de calcium est l'une des charges les moins chères, caractérisée par sa non-toxicité, sa non-irritation, son inodorat, sa grande blancheur et sa dureté modérée.
L'ajout de poudre de CaCO3 aux plastiques lui confère un double rôle : d'une part, elle augmente le volume du plastique et réduit les coûts ; d'autre part, elle améliore diverses propriétés du plastique, telles que la stabilité thermique, la ténacité et la dureté des produits, et elle optimise la diffusion de la lumière pour obtenir des effets de teinte et de matité. De plus, les matériaux composites CaCO3/PBAT/PLA présentent une bonne compatibilité, un potentiel de mélange et allient ténacité et biodégradabilité, faisant du carbonate de calcium l'un des matériaux de modification de charge les plus utilisés pour les plastiques biodégradables.
Le caoutchouc est largement utilisé dans les transports, la mécanique, l'électronique, la défense nationale et d'autres secteurs de l'économie. Cependant, il présente aussi des inconvénients notables, tels que de faibles forces intermoléculaires, un volume libre important et une faible capacité d'autocristallisation, ce qui entraîne une faible résistance mécanique et un faible module d'élasticité, ainsi qu'une faible résistance à l'usure. Par conséquent, l'ajout de charges inorganiques non métalliques est nécessaire pour répondre aux exigences des applications.
Le carbonate de calcium est l'une des principales charges et agents de renforcement utilisés dans l'industrie du caoutchouc. Parmi eux, le carbonate de calcium broyé (GCC) est principalement utilisé comme charge pour réduire les coûts ; le carbonate de calcium précipité (PCC) possède des propriétés semi-renforçantes et améliore les propriétés physiques et mécaniques du caoutchouc vulcanisé ; le nano-carbonate de calcium et le carbonate de calcium modifié présentent des propriétés de renforcement supérieures et des effets de correction de la couleur et de blanchiment, ce qui en fait des substituts partiels à des matériaux coûteux tels que la silice et le dioxyde de titane. Globalement, à l'avenir, le développement du carbonate de calcium utilisé dans le caoutchouc s'orientera progressivement du GCC ou du PCC vers le nano-carbonate de calcium et le carbonate de calcium modifié.
Du point de vue du dosage et de la nature des charges dans les produits en caoutchouc, le carbonate de calcium est indispensable. De plus, grâce aux progrès constants des technologies de charge et de dispersion élevées, les avantages du carbonate de calcium, tels que sa capacité de production, son rapport coût-efficacité et sa variété, seront encore davantage exploités.
Pneu : La bande de roulement contient 40 à 50 parts de noir de carbone. En principe, aucun liant non renforçant n’est utilisé, ou alors une petite quantité d’argile. Environ 20 parts d’argile ou de carbonate de calcium léger peuvent être incorporées dans le caoutchouc de la chambre à air.
Courroie en caoutchouc : le noir de carbone peut être utilisé à raison de 25 à 45 parties. Le carbonate de calcium peut être utilisé dans divers composants, à raison de 10 à 113 parties. Le carbonate de magnésium peut être utilisé pour la colle d'étanchéité et la pâte de collage des bords des courroies plates, à raison de 40 et 50 parties respectivement. Le sulfate de baryum est utilisé pour la colle de frottement des courroies plates, à raison de 25 parties.
Tuyau en caoutchouc : La quantité de noir de carbone utilisée est de 15 à 45 parties. La quantité de carbonate de calcium utilisée est de 33 à 128 parties, la quantité d’argile utilisée est de 20 à 50 parties, la quantité de carbonate de magnésium utilisée est de 25 parties, et 30 parties de sulfate de baryum sont également utilisées dans les tuyaux de transport d’acides et de bases.
Caoutchouc Chaussures : Pour les semelles noires, utilisez 50 parts de noir de carbone, 50 parts de carbonate de calcium activé ultrafin (Baiyanhua) et 40 parts d’argile. Pour les semelles blanches, utilisez 55 parts de noir de carbone blanc, 15 parts de carbonate de calcium ultrafin et 2 parts de dioxyde de titane.
Produits en tissu caoutchouté : Le carbonate de calcium et l’argile peuvent être utilisés dans divers produits en tissu caoutchouté, à raison de 30 à 150 parties. Le sulfate de baryum est utilisé pour les tissus caoutchoutés étanches à l’air, à raison de 11 parties. Produits de modélisme : Le noir de carbone peut être utilisé à raison de 40 à 75 parties. Le noir de carbone blanc peut être utilisé à raison de 30 parties, l’argile à raison de 35 parties et le carbonate de calcium à raison de 20 parties.
Produits d'étanchéité : 70 parties de silice conviennent pour les joints d'huile. Pour les bandes d'étanchéité, utiliser 25 parties de noir de carbone, 10 parties de carbonate de calcium, 30 parties d'argile et 40 parties de noir de carbone pour une étanchéité sous vide résistante à l'huile. Pour les diaphragmes, utiliser 15 parties de noir de carbone et 54 parties de carbonate de calcium.
Produits en latex : Les gants en latex peuvent être fabriqués avec 10 à 15 parties de sulfate de baryum ou 5 parties de carbonate de calcium. Dans les formulations de latex pour éponge, on peut utiliser 20 parties de talc. Dans les formulations de fil de latex néoprène, on peut utiliser 2 à 3 parties d’argile. Dans les formulations de latex pour modèles poreux, on peut utiliser 100 parties d’argile ou 100 à 300 parties de carbonate de calcium.
