Fabrication du polychlorure de vinyle (PVC)

On attribue sa découverte au 19ème siècle à d’heureux hasards. Pourtant, le polychlorure de vinyle ou PVC s’est imposé rapidement comme le matériau plastique le plus utilisé au monde en chaudronnerie plastique. Ce succès est attribué à différents facteurs, notamment son coût de fabrication économique et sa polyvalence pour la fabrication de pièce plastique. 

De plus, ce matériau possède des qualités intéressantes lui valant l’utilisation dans de nombreux domaines. Historiques, procédés de fabrication et structure, différentes formes et usages, Avenir Plastique vous invite à découvrir l’univers du PVC sur mesure.

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 la découverte du physicien et chimiste français, le matériau obtenu n’a pas été exploité. Ensuite, c’est au tour du chimiste allemand Eugen Baumann de reprendre l’expérience en 1872. Pourtant, la recherche n’enthousiasmait pas la communauté des chercheurs à l’époque.

Comme avec Victor Renault, Baumann a réussi à mettre en évidence lors de ses expériences une masse solide de polymère blanc. Celui-ci résulte de l’exposition au soleil de bouteilles de chlorure de vinyle. L’année précédant le déclenchement de la première Grande Guerre a été néanmoins décisive pour l’exploitation du PVC. C’est à cette période que Friedrich Heinrich Klatte déposait un brevet pour le procédé.

En dépit de cette étape franchie, le matériau obtenu est difficilement exploitable. Il a fallu attendre les efforts de BFGoodrich pour rendre le produit utilisable. Cet exploit est dû aux recherches de Waldo Semon qui a eu l’idée de remplacer le caoutchouc naturel avec du produit synthétique.

Procédés d’obtention, structure et propriétés chimiques

À l’origine, l’obtention du chlorure de vinyle se fait par opposition 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, sous l’effet de la chaleur, se transforme en chlorure de vinyle. Au-delà de sa fabrication évoluée au niveau industriel, le PVC possède une structure qui lui est particulière et des propriétés chimiques intéressantes.

Par polymérisation du chlorure de vinyle monomère

C’est le procédé courant pour la fabrication du PVC dans plusieurs pays du monde. La fabrication du chlorure de vinyle monomère (CVM) peut se faire par deux méthodes. La première recourt à l’utilisation d’acétylène. Ici, le catalyseur utilisé sur du charbon actif est le chlorure de mercure. La réaction est traduite comme suit :

C2H2 + HCl = C2H3Cl

La deuxième méthode de préparation se fait à partir d’éthylène. Il faut au préalable procéder à la oxychloration ou chloration de l’éthylène. Ensuite, le CVM s’obtient par pyrolyse du 1,2-dichloroéthane.

Il faut savoir qu’il est possible de combiner ces deux procédés d’obtention du CVM. On obtient à l’issue de cette association du 1,2-dichloroéthane. Ce dernier se décompose en chlorure de vinyle monomère après condensation et une fois lavé, séché et purifié.

Au niveau du mode d’obtention, la Chine privilégie jusqu’ici l’utilisation de l’acétylène, confiant de sa ressource abondante en charbon. Dans le grand Empire, cet actif est produit à partir de carbure de calcium préparé avec du calcaire et du coke. En revanche, en Europe et aux USA, l’acétylène a été peu à peu délaissé au profit de l’éthylène.

Structure du PVC

La chaîne polymérique du polychlorure de vinyle se compose essentiellement des atomes de carbone, de chlore et d’hydrogène.

Les liens simples de la chaîne ici apparaissent encombrants. Le manque d’espace les empêche de pivoter. Le moindre mouvement risque de provoquer des chocs avec les atomes de H voisins.

Propriétés chimiques

Le polychlorure de vinyle possède une excellente résistance mécanique, puisqu’il s’agit d’un matériau mécaniquement stable. Pour qu’il change de forme, il faut l’application en continu d’une force externe. Néanmoins, sa mobilité moléculaire limitée empêche la production d’une grande déformation. Au-delà de sa grande stabilité, le PVC accuse également une bonne résistance aux conditions climatiques les plus extrêmes ce qui peut être pratique pour les cuves plastiques sur mesures d’exterieur..

Ce matériau possède en outre une longévité intéressante, utilisée dans des conditions normales. Dans ses chaînes, le PVC présente des atomes de chlore attachés au carbone. Cela explique sa grande résistance à l’oxydation comparée aux autres plastiques. Particulièrement robuste, ce matériau affiche une durée de vie pouvant aller jusqu’à 30, voire 50 ans.

Par ailleurs, sa température de fusion entre 100 °C et 260 °C lui confère une résistance au feu. Grâce à la présence de chlore parmi ses composants, il possède la capacité de retarder le feu. Le risque de démarrage de feu avec lui est plutôt faible. Il faut atteindre une température jusqu’à 455 °C pour qu’il y ait inflammation. En cas de combustion, la chaleur dégagée par le PVC reste moindre. Cette caractéristique concerne notamment les produits fabriqués avec du polyéthylène et du polystyrène.

Le PVC doit aussi son application dans certains domaines, notamment la construction, à sa qualité isolante. Ce matériau offre des performances acoustiques intéressantes. Ce plastique stable propose en outre une bonne isolation thermique.

À sa qualité s’ajoute la résistance du polychlorure de vinyle aux graisses et aux huiles. Sa structure ne se modifie pas non plus en contact avec la plupart des composés inorganiques et les solvants. Il ne change pas d’apparence face à des hydrocarbures halogénés et les aliphatiques. En revanche, la dissolution peut s’opérer avec les éthers cycliques et les cétones. On peut également constater une lente déformation quand le PVC est en contact avec les hydrocarbures aromatiques.

Les différentes formes de PVC

En fonction de l’usage, vous pouvez choisir sur le site d’Avenir Plastique parmi différentes formes de PVC pour vos fabrication de pièces plastiques. 

Le PVC souple ou cellulaire est plutôt sollicité dans la construction pour fabriquer des plafonds tendus et des revêtements muraux. On l’utilise également pour la couverture des outillages, de tubes et câbles. La forme rigide est en revanche privilégiée pour la fabrication des tuyaux de canalisations. C’est celle-ci qu’on emploie également pour les cartes, de type carte de crédit. Généralement pour les profilés et tuyaux PVC, l’extrusion-gainage demeure le procédé le plus utilisé.

En plus de se décliner dans plusieurs formes, le PVC peut prendre d’ailleurs différents aspects. Ce matériau peut être souple ou rigide, coloré ou neutre. Nous proposons également des PVC ignifugés pour les besoins de matériaux résistants au feu.

Production et recyclage

Au niveau mondial, la polymérisation du CVM en suspension dans l’eau reste le procédé dominant. Celle-ci représente à peu près 91 % des cas. Elle permet d’obtenir des produits transparents caractérisés par une absorption de l’eau plutôt faible. Les diamètres des particules après séchage peuvent atteindre les 150 µm.

Vient ensuite la polymérisation en émulsion pour fabriquer des produits non transparents. Leur diamètre oscille entre 0,2 et 10 µm. Ces articles ont la capacité d’absorber l’eau. Pour l’obtention des produits PVC brillants et transparents, on fait en revanche appel à la polymérisation en masse.

En dépit de la crise, la production mondiale de PVC semble plus ou moins stable. Le continent asiatique se trouve en ligne de mire pour répondre à la demande croissante en polychlorure de vinyle.

En 2020, le Japon avec ses 1,929 million de tonnes concurrence de peu l’exploit du Taipei chinois deux années plutôt. En effet, le Taipei a réussi à produire près de 1,8 million de tonnes de PVC en 2018. En 2021, la Chine demeure indétrônable avec une capacité de production s’élevant à 26 millions de tonnes. Formosa Plastic, Oxyvinyls et Westlake pro se partagent le marché aux États-Unis pour la production de PVC.

Par rapport à l’utilisation, Avenir Plastique, votre fournisseur en PVC, tient à s’assurer que le polychlorure de vinyle se recycle facilement. Celui-ci peut vous donner satisfaction si vous privilégiez l’usage de matériaux respectueux de l’environnement. D’ailleurs, des efforts ont été faits de ce côté.

En effet, la filière de recyclage a réussi à atteindre la moitié des 800 000 tonnes de produits recyclés en 2020. Le PVC recyclé trouve son application dans différents domaines comme le textile et la construction. Il présente l’avantage de coûter moins cher que le produit vierge. Le recyclage implique généralement de broyer le matériau dans un déchiqueteur en vue de le transformer en paillettes. S’ensuit le tri de ces dernières pour séparer les métaux du polychlorure de vinyle. Le procédé se poursuit avec la purification des paillettes, un préalable à l’extrusion.

Usages, hygiène, risques toxiques, sécurité

Le polychlorure de vinyle est désormais omniprésent dans notre quotidien. Son coût de production économique et ses propriétés en font de lui une matière première intéressante pour plusieurs secteurs. Les applications industrielles du PVC sont larges et diversifiées. Quel que soit votre domaine d’activité, vous pourrez ainsi tirer profit de son utilisation.

Ce matériau est plébiscité dans le domaine médical, l’industrie automobile/navale et l’informatique. Dans l’habitation, il constitue un produit de choix pour les revêtements de sols et l’ameublement. C’est dans les menuiseries que le PVC demeure indétrônable. C’est le matériau privilégié pour les fenêtres, les portes et les clôtures. Il est également présent dans le domaine électrique. La plupart des câbles, des boîtiers et des gaines sont en PVC.

Sa présence dans la vie courante est en outre indiscutable. Tous les produits que nous utilisons contiennent du PVC, des jouets aux habits, sans oublier les ustensiles. Même l’industrie du sexe se pare désormais de ce matériau pour la fabrication de jouets en tout genre.

Notez enfin qu’utilisé dans des conditions normales, le PVC en lui-même n’est pas dangereux pour la santé. Les débats autour de sa toxicité se concentrent plutôt sur ses composants, dont certains plastifiants, additifs et autres stabilisants. D’ailleurs, les observations concernant ses effets sur la santé et l’environnement demeurent jusqu’ici divergentes.

Il convient néanmoins de préciser que son emploi à long terme génère des risques. Le chlorure de vinyle monomère. Il faut inciter dans ce sens les utilisateurs à la vigilance. Par ailleurs, le CVM s’enflamme rapidement et donne avec l’air des mélanges explosifs avec une teneur au-delà des 4 000 ppm.