films plastiques Il s'agit principalement de matériaux minces fabriqués à partir de résines de base telles que le PP, le PVC, le PE, le PET et le PA. Ces films sont largement utilisés dans diverses applications d'emballage souple ou comme couches de lamination dans les composites papier-plastique. Ils jouent un rôle essentiel dans de nombreux secteurs industriels, notamment l'emballage, l'électronique, la pharmacie, la chimie et l'agroalimentaire. Le carbonate de calcium (CaCO₃) est principalement utilisé comme charge dans les films plastiques. Sa fonction principale est de réduire les coûts des matières premières.
1. Application du carbonate de calcium dans les films plastiques
Outre les économies réalisées, son utilisation permet d'améliorer les propriétés physiques telles que la rigidité, la résistance et la tenue à la chaleur. Elle améliore la stabilité dimensionnelle en réduisant le retrait du film lors de la transformation et de l'utilisation. Elle optimise également les caractéristiques de transformation en améliorant la rhéologie et les propriétés anti-adhérentes, et peut même accroître la blancheur et l'opacité. De plus, elle contribue à la protection de l'environnement. L'ajout de carbonate de calcium peut favoriser la dégradation des produits plastiques dans certaines conditions environnementales.
2. Application du carbonate de calcium dans les films de polyoléfine
Polyéthylène (PE)
Les films microporeux respirants en polyéthylène représentent un marché important pour le carbonate de calcium. Ils sont essentiels dans les domaines de la santé publique, des fournitures médicales et de l'emballage alimentaire.
Des chercheurs comme Yuan Guangsheng ont optimisé des films respirants en polyéthylène (PE) en utilisant du carbonate de calcium comme agent porogène. L'augmentation de la teneur en CaCO₃, de 30 % à 50 % (TP3T), a considérablement accru la porosité du film, la faisant passer de 27,3 % à 47,2 % (TP3T). Bien que la résistance à la traction ait diminué de 10 % (TP3T), ce compromis a permis d'améliorer significativement la perméabilité. L'étude a également révélé que l'élastomère polyoléfine (POE), utilisé comme agent de renforcement, offrait les meilleures performances.
Des recherches complémentaires menées par Zeng Huiwen ont exploré l'impact de la granulométrie du CaCO₃. L'utilisation de CaCO₃ de granulométrie 1250 mesh a permis d'obtenir un rapport de transmission O₂/CO₂ idéal, assurant ainsi une conservation optimale de la fraîcheur. Les bananes emballées dans ce film sont restées vertes pendant 22 jours avec une détérioration minimale.
Chlorure de polyvinyle (PVC)
Le polychlorure de vinyle (PVC) est l'une des résines thermoplastiques les plus utilisées et les plus répandues dans la vie quotidienne. Il offre de nombreux avantages, notamment une excellente résistance au feu, une isolation électrique, une résistance à la corrosion et un faible coût, ce qui explique son utilisation généralisée dans les matériaux de construction, les profilés et les câbles.
Cependant, le PVC présente une fragilité importante lors de sa transformation et doit subir des modifications, telles que l'amélioration de sa résistance aux chocs et son durcissement, avant utilisation. L'ajout d'une quantité appropriée de carbonate de calcium lors de ce processus de modification permet d'améliorer significativement la ténacité, la rigidité, la résistance et la résistance à la chaleur du produit final, tout en réduisant considérablement le coût de production du PVC.
Des chercheurs comme Wu Weibin ont étudié deux types de carbonate de calcium broyé ultrafin — GY-716 et GY-716A — produits par broyage à sec à billesIls ont comparé ces matériaux à trois carbonates de calcium couramment utilisés dans les films PVC calandrés : le carbonate de calcium ultrafin obtenu par voie humide, le carbonate de calcium nano (CCR-1) et le carbonate de calcium précipité. L’équipe a examiné l’influence de chacun de ces cinq matériaux sur la blancheur, la résistance à la traction, la résistance à la chaleur et l’opacité des films PVC.
Les résultats ont montré que les films fabriqués avec GY-716 et GY-716A présentaient une blancheur et une résistance à la traction similaires, voire légèrement supérieures, à celles des trois produits commerciaux. En termes de résistance à la chaleur, GY-716 et GY-716A ont tous deux surpassé les produits commerciaux. Bien que leur opacité soit inférieure à celle du carbonate de calcium ultrafin obtenu par voie humide, elle reste supérieure à celle du carbonate de calcium nano (CCR-1) et du carbonate de calcium précipité. Notamment, GY-716A a atteint des niveaux d'opacité proches de ceux du produit ultrafin obtenu par voie humide.
Polypropylène (PP)
Les principaux rôles du carbonate de calcium dans les films de polypropylène sont la réduction des coûts, l'amélioration des propriétés mécaniques et l'amélioration de la stabilité dimensionnelle.
Des chercheurs comme Lei Zubi ont comparé les effets de trois charges inorganiques — une micropoudre innovante, du talc et du carbonate de calcium — sur les propriétés mécaniques du polypropylène. Lorsque la charge atteignait 35 phr, le polypropylène chargé de carbonate de calcium présentait l'allongement à la rupture le plus élevé, suivi du polypropylène chargé de micropoudre, tandis que le polypropylène chargé de talc affichait la valeur la plus faible.
Le carbonate de calcium recèle un potentiel inexploité pour les applications avancées du polypropylène (PP). La provenance du minerai de carbonate de calcium a un impact considérable sur ses performances.
Des chercheurs comme Ai Qing l'ont démontré en testant quatre carbonates de calcium ultrafins broyés, issus de différents minerais, dans une matrice de polypropylène (PP). Les résultats ont été sans équivoque : le carbonate de calcium dérivé de calcite à gros grains a offert des performances supérieures. Il se caractérisait par une blancheur et une pureté élevées, ainsi que par des particules uniformes. Par conséquent, le composite PP a présenté une meilleure résistance à la traction et un allongement plus important. Il a également offert une température de fléchissement sous charge plus élevée et une meilleure fluidité de mise en œuvre.
Cependant, il y avait des compromis. Sa résistance aux chocs et à la flexion était légèrement inférieure à celle des composites utilisant du carbonate provenant de petits fragments de calcite ou de marbre.
Tableau 1 : Effet de différentes sources de minerai de carbonate de calcium sur les propriétés du polypropylène
| PP+20% CC | Indice de fusion (g/10min) | Dureté Shore (HD) | Densité (g/cm³) | Température de déviation thermique (℃) | Résistance à la traction (MPa) | Allongement à la rupture (%) | Résistance à la flexion (MPa) |
| Calcite de grande taille | 9.06 | 14.12 | 1.017 | 96.8 | 34.68 | 53.85 | 59.21 |
| Marbre | 8.03 | 21.12 | 1.029 | 88.6 | 31.9 | 49.91 | 62.74 |
| Calcite de petite taille | 7.64 | 21.76 | 1.060 | 89.2 | 32.37 | 51.46 | 61.23 |
| Dolomie | 8.03 | 20.36 | 1.033 | 96.3 | 30.39 | 28.68 | 59.07 |
De plus, différents types de poudres de carbonate de calcium — comme le nano-carbonate de calcium, le carbonate de calcium broyé (GCC) et le carbonate de calcium précipité (PCC) — de tailles de particules variées, présentent des comportements distincts lorsqu'elles sont utilisées comme charges modificatrices dans le polypropylène. En fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques spécifiques, chaque type confère des performances uniques.
Tableau 2 : Comparaison détaillée des différents types de carbonate de calcium dans les applications du polypropylène
| Élément de test | 1250 mailles | 2500 mailles | CaCO₃ broyé par voie humide | CaCO₃ précipité | Résine T30S | ||||||||
| Teneur en CaCO₃ (%) | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | |
| Résistance à la traction (MPa) | 25 | 24.5 | 20.9 | 26.3 | 24 | 21 | 25.8 | 23.6 | 21.5 | 25.2 | 23.5 | 20.4 | 32.4 |
| Allongement à la rupture (%) | 832 | 832 | 357 | 734 | 721 | 517 | 604 | 615 | 196 | 726 | 46.3 | 57.1 | / |
| Résistance à la flexion (MPa) | 36.2 | 36.1 | 38.3 | 36.9 | 32.9 | 29.3 | 36.9 | 35.5 | 36.9 | 39.7 | 37.8 | 36.8 | 36.7 |
| Module de flexion (MPa) | 1131 | 1327 | 1487 | 1209 | 1208 | 1374 | 1126 | 1208 | 1404 | 1123 | 1250 | 1266 | 929 |
| Résistance au choc Izod (kJ/m²) | 5.3 | 7.9 | 4.8 | 6.1 | 7.2 | 7.1 | 7 | 7.6 | 7.7 | 3.8 | 4.3 | 4.2 | 4.4 |
| Densité (g/cm³) | 1.04 | 1.11 | 1.21 | 1.02 | 1.11 | 1.21 | 1.03 | 1.11 | 1.22 | 1.03 | 1.1 | 1.21 | 0.91 |
| Retrait du moule (longitudinal %) | 1.56 | 1.33 | 1.25 | 1.53 | 1.3 | 1.21 | 1.54 | 1.31 | 1.22 | 1.58 | 1.41 | 1.22 | / |
| Retrait du moule (Transversal %) | 1.31 | 1.02 | 0.94 | 1.28 | 1.02 | 0.93 | 1.33 | 1.03 | 0.94 | 1.39 | 1.09 | 0.95 | / |
| Température de déviation thermique (℃) | 116 | 125 | 126 | 113 | 121 | 130 | 93 | 102 | 122 | 85 | 101 | 108 | 93 |
| Teneur en humidité (%) | 0.41 | 0.32 | 0.54 | 0.98 | |||||||||
| Prix du marché | Faible | Haut | Moyen | Moyen | |||||||||
| Impact environnemental de la production | Faible | Inférieur | Moyen | Haut | |||||||||
Foire aux questions (FAQ)
Q1 : Quelle est la principale raison d'ajouter du carbonate de calcium aux films plastiques ?
A1 : L’ajout de carbonate de calcium aux films plastiques vise principalement à réduire les coûts de production grâce à son utilisation comme charge. Il offre également plusieurs avantages fonctionnels : une rigidité accrue, une meilleure résistance à la chaleur, une stabilité dimensionnelle améliorée (réduction du retrait), des caractéristiques de transformation optimisées, une blancheur et une opacité accrues, et une dégradabilité potentiellement facilitée du film dans certaines conditions.
Q2 : Comment la taille des particules de carbonate de calcium affecte-t-elle ses performances dans les films respirants en polyéthylène (PE) ?
A2 : La taille des particules joue un rôle crucial, notamment dans les films respirants en PE où le carbonate de calcium agit comme agent porogène. Lorsque la teneur en carbonate de calcium augmente (par exemple, de 30% à 50%), la résistance à la traction peut légèrement diminuer, mais la porosité augmente considérablement, ce qui accroît fortement la perméabilité du film. De plus, l’utilisation d’une granulométrie optimale (comme 1250 mesh) permet d’améliorer la sélectivité aux gaz du film (rapport de transmission O₂/CO₂), renforçant ainsi ses propriétés de conservation de la fraîcheur.
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— Emily Chen, Ingénieur