Pourquoi choisit-on le carbonate de calcium comme charge pour les adhésifs ?
Classification des adhésifs et modification des charges
En fonction de leur composition chimique, adhésifs peuvent être classés en catégories telles que les adhésifs en silicone, polyuréthane, résine époxy, acrylique et caoutchouc synthétique.
L'incorporation de charges dans divers types d'adhésifs est devenue une pratique courante et efficace. L'ajout de charges permet d'augmenter le volume de l'adhésif et, par conséquent, de réduire les coûts. Parallèlement, il contribue à atténuer les problèmes inhérents à l'adhésif, tels qu'une faible résistance à la chaleur, un retrait important au durcissement, une faible dureté et une instabilité de la viscosité, élargissant ainsi le champ d'application des adhésifs. Parmi les charges courantes, on trouve le carbonate de calcium, la montmorillonite, le kaolin, le dioxyde de silicium, le dioxyde de titane et le carbure de silicium.
1. Le carbonate de calcium occupe la première place parmi les carbonates traditionnels produits de remplissage adhésifs.
Une comparaison des propriétés des matériaux, en faisant varier le type et la teneur en charges, a révélé que dans le système PU/EP, toutes les charges testées offraient des propriétés mécaniques optimales pour une teneur de 30 %. Ceci s'explique par la limite supérieure de la quantité de charge pouvant être ajoutée ; un ajout approprié permet à la charge d'occuper uniformément les vides entre les chaînes moléculaires, tandis qu'un ajout excessif perturbe la structure de ces chaînes.
À taux de charge équivalent, le carbonate de calcium présente des performances de remplissage supérieures. Le matériau atteint une dureté Shore D de 86 et une résistance aux chocs de 60,5 kJ/m², soit une augmentation de 24,9 % par rapport au système PU/EP non chargé. De plus, la résistance au cisaillement atteint 24,27 MPa, soit une amélioration de 54 % par rapport à l'adhésif PU/EP non chargé. Par conséquent, on peut conclure que l'adhésif PU/EP présente des propriétés mécaniques optimales lorsque la teneur en carbonate de calcium est de 30 %. En outre, l'étude indique que l'incorporation de charges améliore la stabilité thermique du système et favorise le renforcement par des particules rigides, renforçant ainsi les performances globales de l'adhésif PU/EP.
2. Le carbonate de calcium se distingue parmi les agents de remplissage haut de gamme pour Adhésifs
Les résultats de la recherche indiquent que l'ajout de charges de carbure de silicium, de dioxyde de silicium et de carbonate de calcium a augmenté le module d'élasticité de l'adhésif époxy, tout en réduisant son coefficient de Poisson et son coefficient de dilatation linéaire.
À mesure que la teneur en charge augmente, le module d'élasticité s'accroît, tandis que le coefficient de Poisson et le coefficient de dilatation thermique linéaire diminuent. Le carbure de silicium contribue significativement à l'augmentation du module d'élasticité des adhésifs époxy, tandis que le carbonate de calcium a un effet comparativement plus faible ; cependant, ce dernier est le plus efficace pour réduire le coefficient de dilatation thermique linéaire de l'adhésif époxy. Pour des adhésifs à base de même matrice, une augmentation de la teneur en charge conduit à un module plus élevé, ce qui améliore la limite d'élasticité de l'adhésif ; une réduction du coefficient de Poisson minimise la déformation latérale ; et une diminution du coefficient de dilatation thermique linéaire réduit les contraintes internes de polymérisation – autant d'éléments qui contribuent favorablement à l'amélioration de la résistance de l'adhérence.
À mesure que la teneur en charge augmente, le coefficient de dilatation thermique linéaire de l'adhésif diminue progressivement ; notamment, les formulations adhésives contenant du carbonate de calcium présentent un coefficient de dilatation thermique linéaire inférieur à celles contenant du carbure de silicium ou du dioxyde de silicium. Ceci indique que la modification par une charge de carbonate de calcium est plus efficace pour améliorer la stabilité dimensionnelle et la résistance au fluage de l'adhésif.
Technologies clés pour l'application du carbonate de calcium dans les adhésifs
Actuellement, l'application du carbonate de calcium nano dans les adhésifs se concentre principalement sur trois aspects clés : premièrement, l'interaction entre la charge et la matrice adhésive ; deuxièmement, l'influence de la charge sur les propriétés thixotropes ; et troisièmement, l'effet de renforcement sur les mastics.
Les facteurs influençant principalement les performances de formulation du carbonate de calcium nano-structuré dans les mastics sont : la taille des particules, la morphologie cristalline, le pouvoir d’absorption d’huile, la surface spécifique, le pH, les résidus de tamisage et la teneur en humidité. Parmi ceux-ci, la morphologie des particules, le pouvoir d’absorption d’huile, la modification de surface et le pH sont les facteurs qui affectent le plus la thixotropie de la matrice adhésive ; quant à eux, la taille des particules et leur dispersibilité sont les facteurs qui influencent principalement l’effet de renforcement.
Le carbonate de calcium lourd est fréquemment utilisé comme charge dans les mastics polysiloxanes bicomposants. Son principal objectif est de réduire le volume de mastic nécessaire, et donc les coûts. Actuellement, il est courant d'incorporer un mélange gradué de carbonate de calcium lourd et de nanocarbonate de calcium dans les mastics polysiloxanes de qualité construction. Cette approche permet non seulement d'obtenir des propriétés de traction supérieures, mais aussi d'excellentes caractéristiques d'écoulement. De plus, certaines granulométries de carbonate de calcium lourd ultrafin (1–2 μm) peuvent être ajoutées comme charge aux mastics polyuréthanes. D'une part, cela permet d'augmenter le volume – réduisant ainsi la quantité de mastic consommée et les coûts – et d'autre part, cela agit comme agent de renforcement, améliorant les propriétés mécaniques et réduisant des paramètres tels que le coefficient de dilatation thermique et le retrait au durcissement.
Le carbonate de calcium, utilisé dans les adhésifs, a permis d'ouvrir avec succès de nombreux marchés de niche.
Selon les données de la Conférence annuelle de la Chine Adhésif Concernant l'industrie des rubans adhésifs, les objectifs de développement du secteur chinois des adhésifs durant le 14e plan quinquennal prévoient une croissance annuelle moyenne de 4,2 % en volume de production et de 4,3 % en chiffre d'affaires. Selon des statistiques incomplètes issues du rapport « Perspectives de l'industrie des adhésifs durant le 14e plan quinquennal », les adhésifs chinois sont actuellement principalement utilisés dans la construction, l'emballage et l'industrie du bois, qui représentent collectivement plus de 50 % des applications totales. À l'avenir, la demande d'adhésifs devrait croître rapidement dans les secteurs d'application de moyenne gamme – tels que l'automobile, l'énergie et l'électronique – ainsi que dans les secteurs de pointe, notamment l'aéronautique, l'aérospatiale, la construction navale et les semi-conducteurs ; la part combinée de ces applications devrait atteindre 40 %.
En termes d'applications, le carbonate de calcium, associé aux adhésifs, a su s'imposer sur de nombreux marchés de niche. Les adhésifs pour la construction représentent environ 26,1 % du marché total des adhésifs ; parmi les principales applications figurent les adhésifs silicones, époxy, polyuréthanes et acrylates, où le carbonate de calcium sert de charge principale. Les adhésifs polyuréthanes détiennent plus de 90 % du marché chinois des adhésifs pour emballages souples, constituant ainsi un axe de croissance majeur pour le carbonate de calcium de moyenne et haute gamme. Les adhésifs pour l'automobile utilisent des matériaux de base tels que le polyuréthane, l'époxy, le silicone et l'acrylate, le polyuréthane et le silicone étant les plus répandus. Sur le marché intérieur, des produits à base de nano-carbonate de calcium, spécialement conçus pour ce segment d'application, sont déjà disponibles.