Les produits finis en PVC sont utilisés dans divers secteurs industriels. L'évaluation et les essais des stabilisants calcium-zinc pour PVC nécessitent différentes méthodes selon leurs performances. On distingue généralement deux méthodes principales : statique et dynamique. La méthode statique comprend le test au papier rouge Congo, le test de vieillissement en étuve et le test de force électromotrice, tandis que la méthode dynamique inclut le test au rhéomètre de couple et le test dynamique à double rouleau.
1. Méthode du papier test Congo Red
Dans un bain d'huile contenant du glycérol, le PVC à tester est mélangé uniformément avec un stabilisant thermique et placé dans un petit tube à essai. Le mélange est légèrement agité pour le raffermir, puis placé dans le bain d'huile. La température du glycérol dans le bain d'huile contenant le stabilisant calcium-zinc pour PVC est préalablement réglée à environ 170 °C, de sorte que la surface supérieure du PVC dans le petit tube à essai soit au même niveau que la surface supérieure du glycérol. Un bouchon muni d'un fin tube de verre transparent est inséré au-dessus du petit tube à essai. Le papier test au rouge Congo est roulé et inséré sous le tube de verre, de sorte que son bord inférieur soit à environ 1 cm du bord supérieur du PVC. Une fois l'expérience commencée, le temps écoulé entre l'introduction du papier test au rouge Congo dans le tube à essai et son virage au bleu est enregistré ; ce temps correspond à la durée de stabilité thermique. Le principe de cette expérience repose sur le fait que le PVC se décompose rapidement à une température d'environ 170 °C, mais que l'ajout d'un stabilisant thermique inhibe cette décomposition. Au fil du temps, le stabilisant thermique est consommé. Une fois consommé, le PVC se décompose rapidement et libère du chlorure d'hydrogène (HCl). À ce moment, le rouge Congo contenu dans le tube à essai change de couleur en raison de sa réaction rapide avec le HCl. Notez le temps nécessaire pour évaluer l'efficacité du stabilisant thermique en fonction de cette durée.
2. Test statique au four
Préparer des échantillons mélangés à haute vitesse de poudre de PVC et d'autres adjuvants de transformation (tels que lubrifiants, modificateurs d'impact, charges, etc.) en plus des stabilisants calcium-zinc pour PVC. Prélever une certaine quantité de l'échantillon précédent, ajouter différents stabilisants thermiques au stabilisant calcium-zinc pour PVC dans une proportion déterminée, bien mélanger, puis incorporer au mélange à double bâtonnets.
La préparation des éprouvettes sur le mélangeur se fait généralement sans ajout de plastifiants. La température du double cylindre est réglée entre 160 et 180 °C ; avec ajout de plastifiants, elle est généralement d'environ 140 °C. Un échantillon de PVC uniforme est obtenu par pressage répété à l'aide de deux baguettes, puis découpé pour obtenir des échantillons de PVC de dimensions spécifiques contenant différents stabilisants thermiques. Les différentes éprouvettes sont placées sur un dispositif fixe, puis dans une étuve à température constante (généralement 180 °C). Le changement de couleur des éprouvettes est enregistré toutes les 10 à 15 minutes jusqu'à ce qu'elles noircissent.
Les tests de vieillissement en étuve permettent de déterminer l'efficacité des stabilisateurs thermiques sur la stabilité thermique du PVC, notamment leur capacité à limiter les changements de couleur. On considère généralement que, sous l'effet de la chaleur, le PVC subit une série de changements de couleur, passant du clair au foncé, notamment du blanc au jaune, puis au brun et enfin au noir. L'évolution de la couleur du PVC au fil du temps permet de constater le degré de dégradation.
3. Méthode du potentiel électrique (méthode de conductivité)
Le dispositif expérimental se compose principalement de quatre parties. La partie droite est un dispositif sous gaz inerte, généralement à l'azote, mais parfois à l'air. L'utilisation de l'azote permet, grâce au stabilisant calcium-zinc pour PVC, d'éviter la dégradation des chaînes mères de PVC due à l'oxydation par l'oxygène de l'air. Le dispositif de chauffage est généralement un bain d'huile maintenu à environ 180 °C. Un mélange de PVC et de stabilisants thermiques est placé dans ce bain. Lorsque du chlorure d'hydrogène (HCl) est généré, il pénètre dans la solution de soude (NaOH) située à gauche, en même temps que le gaz inerte. La soude absorbe rapidement le HCl, ce qui modifie le pH de la solution. L'évolution du pH au cours du temps, mesurée à l'aide d'un pH-mètre, permet de déterminer l'effet des différents stabilisants thermiques. Les résultats expérimentaux montrent que la courbe pH-t obtenue présente une phase d'induction et une phase de stabilisation. La durée de la phase d'induction dépend de l'efficacité du stabilisant thermique.
4. Rhéomètre de couple
Le rhéomètre à couple est un instrument miniature typique simulant la transformation du PVC. Il est constitué d'une enceinte de traitement fermée, dont la température et la vitesse des deux rouleaux internes sont contrôlées par un ordinateur. La masse de matériau introduite dans le rhéomètre est généralement de 60 à 80 g, mais peut varier selon le modèle. Le protocole expérimental est le suivant : préparer au préalable un mélange-maître contenant différents stabilisants thermiques. La formule de base comprend généralement de l'ACR, ainsi que du PVC, du CPE, du CaCO₃, du TiO₂, des lubrifiants, etc. Le rhéomètre est préchauffé. Une fois la température atteinte et la vitesse stabilisée, le mélange pesé est introduit dans l'enceinte, qui est rapidement fermée. Différents paramètres sont alors enregistrés sur l'ordinateur, permettant ainsi de tracer la courbe rhéologique. Après transformation, différentes caractéristiques d'aspect du matériau extrudé peuvent être observées, telles que la blancheur, la régularité de sa forme et sa douceur. Ces paramètres permettent de déterminer le potentiel industriel du stabilisant thermique correspondant. Un stabilisant thermique approprié doit présenter un couple et un temps de plastification adéquats, et le produit doit être bien formé, d'une blancheur élevée et d'une surface lisse. Le rhéomètre à couple a permis de faciliter le passage de la recherche en laboratoire à la production industrielle à grande échelle.
5. Essai de double roulement dynamique
En l'absence de rhéomètre, une méthode auxiliaire de mesure dynamique de l'effet des stabilisants thermiques est utilisée. Un presse-comprimés à double rouleau est choisi pour cette expérience. On y introduit une poudre mélangée à grande vitesse, puis on la comprime. L'échantillon obtenu est ensuite extrudé de manière répétée. On enregistre le temps nécessaire au noircissement complet de l'éprouvette, appelé temps de noircissement. La comparaison de ces temps permet de déterminer l'effet de différents stabilisants thermiques sur la stabilité thermique du PVC.
Date de publication : 20 juin 2024
