On dit que sa découverte au 19ème siècle est le fruit du hasard. Cependant, le polychlorure de vinyle ou PVC s’est rapidement imposé comme le plastique le plus utilisé au monde dans l’industrie de la plasturgie. Ce succès est dû à différents facteurs, notamment son coût de fabrication économique et sa polyvalence pour la production de pièces en plastique. De plus, ce matériau possède des qualités intéressantes qui le rendent utile dans de nombreux domaines. Avenir Plastique vous invite à découvrir l’univers du PVC sur mesure, en explorant son histoire, ses procédés de fabrication et sa structure, ainsi que ses différentes formes et utilisations.
À quand la découverte du polychlorure de vinyle ?
C’est en 1835 que Henri Victor Regnault a découvert par hasard la polymérisation du chlorure de vinyle. Malgré l’importance de cette découverte réalisée par le physicien et chimiste français, le matériau obtenu n’a pas été exploité. C’est ensuite au tour du chimiste allemand Eugen Baumann de reprendre les expériences en 1872. Cependant, la recherche ne suscitait guère l’enthousiasme de la communauté scientifique de l’époque.
Comme Victor Renault, Baumann a réussi à obtenir lors de ses expériences une masse solide de polymère blanc. Cette dernière est obtenue en exposant du chlorure de vinyle à la lumière du soleil. L’année précédant le déclenchement de la Première Guerre mondiale a été décisive pour l’exploitation du PVC. C’est à cette époque que Friedrich Heinrich Klatte a déposé un brevet pour son procédé.
Malgré cette avancée, le matériau obtenu était difficilement exploitable. Il a fallu attendre les recherches de BFGoodrich pour le rendre utilisable. Cet exploit est dû aux recherches de Waldo Semon, qui a eu l’idée de remplacer le caoutchouc naturel par un produit synthétique.
Procédés d’obtention, structure et propriétés chimiques
À l’origine, le chlorure de vinyle était obtenu par la réaction du chlore gazeux avec de l’éthylène. La production a évolué avec l’utilisation d’acide chlorhydrique, permettant d’obtenir un produit intermédiaire, le dichloroéthane. Ce dernier se transformait ensuite en chlorure de vinyle sous l’effet de la chaleur. Au fil du temps, la production industrielle du PVC a évolué, mais sa structure et ses propriétés chimiques intéressantes sont restées les mêmes.
La fabrication courante du PVC se fait par polymérisation du chlorure de vinyle monomère (CVM). Il existe deux méthodes pour obtenir le CVM. La première utilise de l’acétylène, avec du chlorure de mercure comme catalyseur sur du charbon actif. La réaction est la suivante :
C2H2 + HCl = C2H3Cl
La deuxième méthode consiste à utiliser de l’éthylène. Il faut d’abord effectuer une oxychloration ou une chloration de l’éthylène. Ensuite, le CVM est obtenu par pyrolyse du 1,2-dichloroéthane.
Il est également possible de combiner ces deux méthodes pour obtenir du CVM. Le résultat de cette combinaison est du 1,2-dichloroéthane, qui se décompose en chlorure de vinyle monomère après condensation, lavage, séchage et purification.
En Chine, l’utilisation de l’acétylène reste privilégiée en raison de ses ressources abondantes en charbon. L’acétylène est produit à partir de carbure de calcium préparé avec du calcaire et du coke. En revanche, en Europe et aux États-Unis, l’utilisation de l’éthylène a peu à peu remplacé l’acétylène.
La structure du PVC est composée principalement d’atomes de carbone, de chlore et d’hydrogène, formant une chaîne polymérique. Les liens simples entre ces atomes confèrent au PVC une grande résistance mécanique. Cependant, la mobilité moléculaire limitée du PVC empêche une grande déformation. En plus de sa stabilité, le PVC résiste aux conditions climatiques extrêmes, ce qui en fait un matériau pratique pour les cuves plastiques sur mesure.
Le PVC présente également une bonne résistance à l’oxydation grâce aux atomes de chlore présents dans ses chaînes. Il peut avoir une durée de vie allant jusqu’à 30 à 50 ans. Sa température de fusion entre 100 °C et 260 °C lui confère une résistance au feu, et sa présence de chlore lui permet de retarder le feu. De plus, le PVC offre de bonnes performances d’isolation acoustique et thermique. Il est également résistant aux graisses, aux huiles et à de nombreux composés inorganiques et solvants.
Les différentes formes de PVC
Selon vos besoins, vous pouvez choisir parmi différentes formes de PVC sur le site d’Avenir Plastique pour vos fabrications de pièces en plastique.
Le PVC souple ou cellulaire est utilisé dans la construction pour fabriquer des plafonds tendus, des revêtements muraux, ainsi que pour la couverture d’outillages, de tubes et de câbles. La forme rigide est privilégiée pour la fabrication des tuyaux de canalisation et des cartes comme les cartes de crédit. L’extrusion-gainage est le procédé le plus couramment utilisé pour la fabrication des profilés et des tuyaux en PVC.
En plus de ses différentes formes, le PVC peut avoir différentes apparences. Il peut être souple ou rigide, coloré ou neutre. Nous proposons également des PVC ignifugés pour des matériaux résistants au feu.
Production et recyclage
Dans le monde entier, la polymérisation du CVM en suspension dans l’eau reste le procédé de production dominant pour le PVC. Elle représente environ 91% des cas et permet d’obtenir des produits transparents caractérisés par une faible absorption d’eau. Les particules obtenues après séchage peuvent atteindre un diamètre de 150 µm.
Ensuite, la polymérisation en émulsion est utilisée pour fabriquer des produits non transparents, avec un diamètre d’environ 0,2 à 10 µm. Ces produits ont la capacité d’absorber l’eau. Pour obtenir des produits transparents et brillants en PVC, on utilise le procédé de polymérisation en masse.
Malgré la crise, la production mondiale de PVC reste relativement stable. L’Asie est la région clé pour répondre à la demande croissante de polychlorure de vinyle. En 2020, le Japon a produit près de 1,929 million de tonnes de PVC, rivalisant ainsi avec Taïwan, qui avait réussi à produire près de 1,8 million de tonnes en 2018. En 2021, la Chine est le leader incontesté avec une capacité de production de 26 millions de tonnes. Aux États-Unis, les sociétés Formosa Plastic, Oxyvinyls et Westlake pro dominent le marché de la production de PVC.
En ce qui concerne le recyclage, Avenir Plastique, votre fournisseur en PVC, s’engage à garantir que le polychlorure de vinyle peut être facilement recyclé. Le PVC recyclé trouve des applications dans différents domaines tels que le textile et la construction. Il est moins cher que le matériau vierge. Le recyclage implique généralement le broyage du matériau dans un déchiqueteur pour le transformer en paillettes, puis le tri des paillettes pour séparer les métaux du PVC. Ensuite, les paillettes sont purifiées avant l’extrusion.
Usages, hygiène, risques toxiques, sécurité
Le polychlorure de vinyle est omniprésent dans notre vie quotidienne. Son coût de production économique et ses propriétés en font une matière première intéressante pour de nombreux secteurs. Les applications industrielles du PVC sont vastes et diversifiées. Que ce soit dans le domaine médical, l’industrie automobile/navale ou l’informatique, le PVC est largement utilisé. Dans le domaine de l’habitation, le PVC est un choix courant pour les revêtements de sol et l’ameublement, et il reste le matériau de prédilection pour les fenêtres, les portes et les clôtures dans le domaine de la menuiserie. Il est également couramment utilisé dans l’industrie électrique pour les câbles, les boîtiers et les gaines.
Le PVC est présent dans de nombreux produits que nous utilisons au quotidien, des jouets aux vêtements, en passant par les ustensiles de cuisine. Il est même utilisé dans l’industrie du plaisir pour la fabrication de jouets de toutes sortes.
Il convient de noter que, utilisé dans des conditions normales, le PVC lui-même n’est pas dangereux pour la santé. Les débats concernant sa toxicité portent plutôt sur certains plastifiants, additifs et stabilisants présents dans sa composition. Jusqu’à présent, les observations sur les effets du PVC sur la santé et l’environnement sont divergentes.
Cependant, il est important de souligner que son utilisation à long terme présente des risques. Le chlorure de vinyle monomère peut être dangereux. Les utilisateurs doivent donc être vigilants. De plus, le CVM s’enflamme rapidement et crée des mélanges explosifs avec l’air lorsque la concentration dépasse 4000 ppm.
