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Rôle des différents plastifiants au sein des produits PVC  

Nous remercions M. YASHODHAN KANADE pour ses recherches sur le sujet.
 
Nous avons le plaisir de partager cette analyse :
Un plastifiant est une substance, liquide ou solide, incorporée à un polymère en vue d'accroître sa flexibilité, sa maniabilité ou son élasticité. Un plastifiant réduit la viscosité du mélange durant le traitement. Dans les produits PVC, la température de transition vitreuse (Tg) et le module élastique de PVC sont également réduits.
Les liquides sont généralement nommés « plastifiants », tandis que les solides tels que les caoutchouc nitrile, les polyesters compatibles et certains polyacrylates sont nommés plastifiants ou assouplissants.
Les produits PVC souples ou flexibles tels que les tuyaux souples, profilés ou tôles extrudées, tôles fines calandrées, etc. utilisent un PVC en suspension. Les plastifiants étant dissous dans le SPVC (le PVC ne se dissout pas dans les plastifiants) durant le processus de mélange, plus la porosité du grain PVC est élevée et plus le taux d'absorption du plastifiant l'est également. Par conséquent, plus les exigences du plastifiant sont élevées et plus la valeur K de la résine utilisée l'est également, la porosité augmentant au rythme de la valeur K. Les résines de PVC en suspension K-67 sont donc utilisées pour les produits en PVC souple, et les résines de PVC en suspension K-70 ou K-73 sont en revanche utilisées pour les produits PVC très souples.
 
Les plastisols et organosols utilisent d'autre part un PVC en émulsion et en micro-suspension. Du PVC laiteux est ajouté aux plastifiants et additifs pour les processus tels que les moulages rotatifs et les revêtements afin de réaliser des produits gonflables et en rexine, ainsi que pour la fabrication du cuir écologique.

Quelle est la nature chimique des plastifiants ?

Une molécule de plastifiant efficace pour PVC présente deux types de composants structuraux :

  • Composant polaire
  • Composant non polaire.

Le composant polaire de la molécule doit pouvoir se lier de façon réversible [non pas à la manière du caoutchouc vulcanisé] au polymère PVC et ainsi l'assouplir. Le composant non-polaire de la molécule permet de contrôler l'interaction du PVC et n'est donc pas suffisamment puissant pour entraîner la destruction de la cristallinité du PVC. Il ajoute également du volume libre, et a donc un effet protecteur et lubrifiant. L'équilibre entre les parties polaires et non polaires de la molécule de plastifiant est indispensable à contrôler l'effet solubilisant.
 
Si un plastifiant est excessivement polaire, il risque de détruire les cristallites ; tandis qu'un plastifiant excessivement non polaire entraînera des problèmes de compatibilité du PVC.

Un plastifiant idéal doit présenter les qualités suivantes :

  • Rentable, stable et de couleur claire
  • Compatible avec le PVC
  • Rapidement dispersable dans le PVC
  • Faiblement volatil
  • Faible odeur
  • Faible toxicité
  • Bonne permanence
  • Aucune interaction négative avec les autres additifs
  • Autres propriétés exigées par le produit, telles que la résistance aux intempéries

Les plastifiants sont classés comme primaires et secondaires:

Les plastifiants primaires sont des liquides faiblement volatils dont la polarité garantit une compatibilité avec le PVC leur évitant d'être immédiatement éjectés du PVC plastifié suite à une pression modérée. Ils sont essentiellement responsables de la flexibilité. Exemples : monomères, polymères, époxy, plastifiants spéciaux ignifuges, etc.
Les plastifiants secondaires sont également des liquides faiblement volatils dont la compatibilité comporte leur exsudation si utilisés seuls. Ils peuvent toutefois être dans une certaine mesure utilisée avec les plastifiants primaires. L'opération permet de réduire les coûts. Exemples : huiles de paraffine chlorées à différents degrés.

Sous-classement des plastifiants

1.   Plastifiants à usage général [GP] - Confèrent au PVC la flexibilité désirée et équilibrent généralement la qualité à faible coût. Exemples : DIHP, DOP (DEHP), DINP et DIDP. Ils peuvent être utilisés avec les plastifiants secondaires en vue de réduire les coûts. Le DIDP évapore 76 % moins que le DOP.
Le DIDP est généralement utilisé dans les tuyaux des machines à laver car il résiste à l'eau savonneuse.
 
2.   Plastifiants performants [PP] – Ils offrent les propriétés secondaires requises en-dessous du type GP mais sont plutôt onéreux. Le critère de performance inclut :
PP-SS – solvants forts présentant une polarité/un composé aromatique supérieur tels que DBP, DHP, BHP et BBP. Leur poids moléculaire est inférieur et il s'agit de liquides volatils. Du fait de leur haute polarité, ils détruisent la cristallinité du PVC.
Le BBP est recommandé pour les applications non tachantes telles que les revêtements de sol vinyliques.
Les benzoates sont des plastifiants sans phtalates pour PVC. Exemples : dibenzoate de di (PGDB), DPGDB. Ils résistent à l'essence et sont utilisés pour les tuyaux d'hydrocarbures.
PP-LT – plastifiants à basse température tels que l'adipate de dioctyle (DOA), le DOS et le DOZ ayant un pouvoir solvant inférieur et une diffusion supérieure. Il s'agit d'esters dibasiques aliphatiques. Ils sont utilisés dans les joints de réfrigérateurs et surgélateurs.
PP-LV – plastifiants à faible volatilité présentant une masse molaire supérieure tels que Trioctyl trimellitate (TOTM), TIOTM et polyesters [polymeric]. Ils sont utilisés pour les câbles et cordons.
 
3.   Plastifiants spéciaux [SP] – Ils présentent des caractéristiques particulières :
SP-LD – plastifiants à faible diffusion. Ils présentent un poids moléculaire élevé et une structure isomérique fortement ramifiée. Comme le iso-dØcyl phtalate (DIDP), le DTDP, etc.
Les plastifiants polyester sont connus pour leurs performances exceptionnelles au sein de la catégorie.
SP- ST – plastifiants à fonction stabilisatrice, huile de soja époxydée (ESBO) et huile de lin (ELSO), qui améliorent la stabilité thermique et UV. Généralement ajoutés au stabilisant primaire.
SP-FR – stabilisants ignifuges comme le tricrésylphosphate (TCP), le phosphate de trialkyle (TAP), etc. Généralement utilisés dans les câbles FR.

4. Plastifiants alimentaires sans phtalates
Plastifiants à base d'acétylcitrate de tributyle (ATBC) utilisés pour les applications alimentaires et médicales.1,2 Cyclohexane dicarboxylic acid diisononyl estere (DINCH) utilisé pour les applications alimentaires.

5. Plastifiants pour fils et câbles selon la température nominale
Application bâtiment C 60 ° - DIOP, DOP, DINP, DIDP
fils et câbles C 75 ° - DINP, DIDP
appareils C 80 ° - mélanges DINP / DIDP
appareils C 90 ° - DUDP, DTDP, TOTM
appareils C 105 ° - TIOTM, TOTM, polyesters
Fils ordinateurs - TIOTM, TOTM, polyesters

Tous les plastifiants pour fils et câbles contiennent des antioxydants adaptés.

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