Qu'est-ce qu'un plastifiant en PVC?

Le chlorure de polyvinyle (PVC) est l'un des plastiques les plus largement produits et polyvalents au monde. Cependant, dans sa forme pure, le PVC est un matériau rigide et cassant. Pour débloquer son plein potentiel et étendre ses applications, plastifications sont incorporés. Un plastifiant est un additif, généralement un ester organique à pointe d'ébullition, qui est mélangé à un polymère pour améliorer sa flexibilité, son ouvabilité et son extensibilité. Dans le contexte du PVC, les plastifiants transforment fondamentalement ses propriétés physiques, ce qui le rend doux, souple et beaucoup plus adaptable à une vaste gamme de produits.

Le mécanisme de plastification

Le cœur de la structure de PVC se compose de longues chaînes de polymère. Dans le PVC rigide, ces chaînes sont étroitement emballées et maintenues ensemble par de fortes forces intermoléculaires, principalement des interactions dipol-dipole en raison des liaisons polaires de chlore carbone. Lorsqu'un plastifiant est ajouté, ses molécules se sont entrecoupées entre ces chaînes de polymère en PVC. Cette insertion augmente effectivement le volume libre dans la matrice polymère et affaiblit les forces intermoléculaires en tenant les chaînes ensemble.

Cet effet "lubrifiant" permet aux chaînes en PVC de se déplacer plus librement les unes des autres à des températures plus basses et avec une force moins externe. Par conséquent, la température de transition du verre ( $T_g$ ) du PVC est abaissé. Le $T_g$ est la température en dessous duquel un polymère devient dur et cassant, et au-dessus duquel il devient plus caoutchouteux et flexible. En abaissant le $T_g$ , les plastifiants permettent au PVC de rester flexible et réalisable à température ambiante et même à des températures inférieures à zéro, selon le type et la concentration du plastifiant.

Fonctions clés et avantages des plastifiants en PVC

L'ajout de plastifiants au PVC offre plusieurs avantages critiques:

• Flexibilité et douceur accrue: Il s'agit de la fonction la plus importante, permettant à PVC d'être utilisée dans les applications nécessitant la courbabilité, telles que les câbles, les tuyaux et les films.

• Processeur améliorée: Les plastifiants réduisent la viscosité de la fusion du PVC, ce qui facilite le traitement pendant l'extrusion, le calendrier, le moulage par injection et d'autres techniques de fabrication. Cela se traduit par des températures de traitement plus faibles et une consommation d'énergie.

• Extensibilité et élasticité améliorées: Le PVC plastifié peut être étiré et déformé sans se casser, ce qui est essentiel pour des applications telles que le cuir synthétique, les tissus revêtus et les tubes médicaux.

• Brittleness réduit: Ils empêchent le matériau de se fissurer ou de se briser sous un impact ou à de basses températures.

• Durabilité et longévité: En conférant une flexibilité, les plastifiants peuvent contribuer à la durabilité globale et à la durée de vie des produits PVC dans divers environnements.

• Amélioration de la clarté et de la finition de surface: Dans certains cas, les plastifiants peuvent améliorer la transparence et l'esthétique de surface des produits PVC.

Types de plastifiants utilisés en PVC

Historiquement, les plastifiants les plus courants du PVC ont été phtalates , en particulier le phtalate di- (2-éthylhexyle) (DEHP ou DOP) et le phtalate de diisononyl (DINP). Cependant, les problèmes croissants de l'environnement et de la santé ont conduit à une diversification des types de plastifiants.

Les catégories courantes de plastifiants comprennent:

• Phtalates: Bien que certains phtalates de poids moléculaire élevé (comme DINP, DIDP, DPHP) soient toujours largement utilisés, leur utilisation dans certaines applications sensibles (par exemple, les jouets, les dispositifs médicaux) est limitée ou est supprimée en raison d'effets potentiels pour la santé.

• Terephtalates: Comme le téréphtalate dioctyle (dotp ou DEHT), souvent utilisé comme alternative aux phtalates, offrant des performances similaires avec un profil toxicologique plus favorable.

• Adipates: Comme l'adipate de dioctyle (DOA), connu pour une bonne flexibilité à basse température.

• Trimellite: Ce sont des plastifiants de poids moléculaire plus élevés qui offrent une excellente permanence et une faible volatilité, ce qui les rend adaptés aux applications à haute température comme l'isolation du fil et du câble.

• Citrates: Souvent utilisé dans des applications sensibles comme les emballages alimentaires et les dispositifs médicaux en raison de leur faible toxicité. Les exemples incluent le citrate de triéthyle (TEC) et le citrate tributyle (TBC).

• Huile de soja époxydisée (ESBO): Un plastifiant à base de bio qui agit également comme un stabilisateur de chaleur secondaire dans le PVC.

• Plastifiants polymères: Esters de poids moléculaire élevé qui offrent une excellente permanence et résistance à l'extraction, ce qui les rend adaptés à des biens durables et à des environnements exigeants. Cependant, ils sont moins efficaces pour se plastifier que les plastifiants monomères.

• Plastifiants bio-basés et durables: Une catégorie émergente axée sur les ressources renouvelables, tirée par la conscience environnementale et les pressions réglementaires.

La sélection d'un plastifiant ou d'un mélange spécifique de plastifiants dépend des propriétés souhaitées du produit PVC final, des conditions de traitement, du coût, des exigences réglementaires et des considérations environnementales.

Considérations dans la sélection et l'utilisation du plastifiant

Le choix du bon plastifiant pour une application en PVC implique une interaction complexe de facteurs:

• Efficacité: Quelle quantité de plastifiant est nécessaire pour atteindre un niveau de flexibilité souhaité?

• Permanence: Dans quelle mesure le plastifiant reste-t-il dans la matrice PVC au fil du temps, résistant à la migration, à la volatilisation ou à l'extraction? Ceci est crucial pour les performances à long terme.

• Compatibilité: Le plastifiant doit être compatible avec le PVC, ce qui signifie qu'il doit bien se mélanger et non "fleurir" ou exsuder de la surface.

• Flexibilité à basse température: Pour les applications extérieures ou celles des climats froids, la capacité du plastifiant à maintenir la flexibilité à basse température est essentielle.

• Volatilisation: La tendance du plastifiant à s'évaporer du PVC, ce qui peut entraîner un durcissement au fil du temps.

• Résistance à la migration: La capacité du plastifiant à rester dans le PVC et à ne pas migrer dans des matériaux adjacents, ce qui peut provoquer une coloration, une coloration ou une fragilisation du PVC.

• Résistance chimique: Résistance aux huiles, graisses et autres produits chimiques.

• Inflammabilité: Certains plastifiants peuvent affecter les caractéristiques d'inflammabilité du PVC.

• Toxicité et conformité réglementaire: Adhésion aux réglementations sur la santé et la sécurité, en particulier pour les applications impliquant un contact avec les humains, la nourriture ou l'eau.

• Coût: La viabilité économique est toujours un facteur important dans les applications industrielles.

En conclusion, les plastifiants sont des composants indispensables dans la grande majorité des formulations en PVC, transformant un polymère intrinsèquement rigide en un matériau très polyvalent et adaptable. Leur sélection minutieuse et leur incorporation précise sont primordiales pour atteindre les caractéristiques de performance souhaitées et assurer la longévité et la sécurité des innombrables produits en PVC qui font partie intégrante de la vie moderne.