Modification de surface (activation) du talc et son application dans les plastiques et les revêtements
Le talc est un silicate hydraté dont la formule chimique est 3MgO·4SiO2·H2O. Sa forme cristalline peut être en feuillets, en feuilles, en aiguilles et en blocs.
La structure du talc pur est constituée d’une couche de brucite (hydroxyde de magnésium, MgO·H2O) prise en sandwich entre deux couches de silice, les couches étant empilées les unes sur les autres et les couches de talc adjacentes étant liées par de faibles forces de van der Waals. Lorsqu’un cisaillement lui est appliqué, les couches peuvent facilement glisser les unes contre les autres.
Le talc est inerte à la plupart des réactifs chimiques, ne se décompose pas au contact d’un acide, est un mauvais conducteur d’électricité, a une faible conductivité thermique et une résistance élevée aux chocs thermiques, et ne se décompose pas lorsqu’il est chauffé à 900°C.
Ces excellentes propriétés du talc en font un bon matériau de remplissage et sont largement utilisées dans les domaines des plastiques et des revêtements, mais la surface hydrophile du talc limite son application dans certains domaines hydrophobes. Afin d’améliorer encore ses performances et d’élargir ses domaines d’application, une modification de surface est nécessaire.
1. Méthodes de modification de surface et modificateurs couramment utilisés pour le talc
(1) Modificateurs de surface couramment utilisés pour le talc
Afin de mieux lier le talc aux polymères, il existe deux principaux types de modificateurs actuellement utilisés pour la modification :
Agents de couplage : principalement les titanates, les aluminates, les silanes et les acides stéariques. Les titanates sont plus couramment utilisés. Leur structure moléculaire est R´-O-Ti-(O-X-R-Y)n, où R´O- peut réagir avec la structure chimique de la surface de la charge, R est un groupe enchevêtré à longue chaîne avec une structure grasse ou aromatique, qui peut améliorer la compatibilité entre le polymère et la charge, et Y est un groupe réactif actif qui peut se réticuler ou se lier dans le système de charge polymère.
Tensioactifs : principalement le dodécylbenzènesulfonate de sodium, le dodécylsulfonate de sodium, le bromure de dodécyltriméthylammonium, le chlorure de dodécyltriméthylammonium, l’oléfinesulfonate de sodium, etc., qui ont le même effet que les agents de couplage pour améliorer la compatibilité entre les polymères et les charges, mais leur mécanisme de liaison à la surface de la charge est différent de celui des agents de couplage.
(2) Méthodes de modification de surface de la poudre de talc
Modification du revêtement de surface : recouvrir la surface des particules avec des tensioactifs pour conférer aux particules de nouvelles propriétés est une méthode courante de nos jours.
Méthode mécanochimique : Méthode de modification qui utilise le broyage, la friction et d’autres méthodes pour améliorer l’activité de surface. Cette méthode consiste à écraser et à frotter des particules relativement grosses pour les rendre plus petites.
Modification du film externe : Méthode de revêtement uniforme d’une couche de polymère sur la surface des particules pour modifier les propriétés de surface des particules. Pour la poudre de talc, elle peut d’abord être broyée et activée, puis adsorbée avec des tensioactifs dans certaines conditions, puis adsorbée avec des monomères par l’intermédiaire de tensioactifs, et enfin les monomères subissent une polymérisation pour obtenir l’effet de revêtement de surface.
Modification active locale : Utiliser des réactions chimiques pour former différents groupes fonctionnels à la surface des particules pour atteindre l’objectif de modification de surface.
Modification de surface à haute énergie : Utiliser une décharge à haute énergie, des rayons ultraviolets, des rayons plasma, etc. pour modifier la surface des particules. Cette méthode utilise l’énorme énergie générée par la décharge à haute énergie, les rayons ultraviolets, les rayons plasma, etc. pour modifier la surface des particules, rendant leurs surfaces actives. Améliorer la compatibilité des particules et des polymères.
Modification par réaction de précipitation : modification utilisant une réaction de précipitation. Cette méthode utilise l’effet de précipitation pour recouvrir la surface des particules afin d’obtenir l’effet de modification.
2. Application de la poudre de talc dans le domaine des plastiques
La poudre de talc remplit les plastiques pour améliorer la rigidité, la stabilité dimensionnelle et la lubrification des produits, empêcher le fluage à haute température, réduire l’usure des machines de moulage et permettre au polymère d’améliorer la dureté et la résistance au fluage grâce au remplissage tandis que la résistance aux chocs reste fondamentalement inchangée. Si elle est manipulée correctement, elle peut améliorer la résistance aux chocs thermiques des polymères, améliorer le retrait au moulage des plastiques, le module d’élasticité en flexion et la limite d’élasticité à la traction des produits.
Application dans les matériaux PP : Cette application est la plus étudiée et la plus utilisée. Elle est désormais largement utilisée dans les pièces automobiles, telles que les pare-chocs automobiles, les pièces périphériques du moteur, les pièces de climatisation, les tableaux de bord, les phares, le châssis, les pédales et d’autres pièces.
Application dans les automobiles : les matériaux PP ont une large gamme de sources, une faible densité et peuvent être modifiés pour améliorer leurs propriétés physiques et chimiques. Il peut réduire les coûts, réduire le poids et réduire la consommation de carburant sans réduire les propriétés mécaniques. Par exemple, le ventilateur de refroidissement automobile injecté de matériaux PP remplis de talc est non seulement léger et peu bruyant, mais améliore également l’efficacité du refroidissement.