Dans la nature, de nombreux matériaux à base de carbonate de calcium présentent d'excellentes propriétés mécaniques. Leur composition simple suscite un vif intérêt auprès des scientifiques. Grâce à des recherches approfondies sur les mécanismes de nucléation et de croissance du carbonate de calcium, le contrôle de la biominéralisation a été obtenu. Il offre de vastes perspectives d'application dans les domaines de l'antisalissure, de la prévention du tartre, de l'autonettoyage et de la séparation huile-eau.
Grâce à leurs propriétés uniques, les surfaces superhydrophobes trouvent de nombreuses applications dans l'imperméabilisation, l'antibuée, l'autonettoyage, la résistance à la corrosion, l'antigivrage et la réduction de la traînée. Cependant, la production à grande échelle de revêtements superhydrophobes peu coûteux, peu toxiques, faciles à appliquer et très durables reste un défi majeur.
De nombreuses études ont montré qu'une faible énergie de surface et des structures rugueuses sont les principaux facteurs influençant les performances superhydrophobes. Il s'agit d'un domaine de recherche clé dans la technologie de modification du carbonate de calcium. En termes simples, la modification du carbonate de calcium vise à réduire l'énergie de surface tout en maintenant la dispersion, en augmentant l'angle de contact et en garantissant l'hydrophobicité.
Quel type de carbonate de calcium est le plus adapté aux revêtements fonctionnels ? Comment le modifier ? Quels sont les effets réels ?
Gu Weile et ses collègues ont synthétisé deux formes cristallines différentes de poudre de carbonate de calcium. Elles ont été mélangées à du polydiméthylsiloxane (PDMS) à faible énergie de surface et appliquées par pulvérisation pour créer des revêtements superhydrophobes. Leur capacité d'autonettoyage et leur résistance aux chocs ont ensuite été testées.
Les résultats expérimentaux ont montré que l'effet de modification optimal et la meilleure hydrophobicité étaient obtenus lorsque le stéarate de sodium 5% (NaSt) ou l'oléate de sodium 5% (NaOL) était utilisé comme tensioactif. Plus précisément, l'angle de contact du carbonate de calcium de type aragonite modifié par le stéarate de sodium 5% était de 127,5°. Et celui du carbonate de calcium de type calcite modifié par l'oléate de sodium 5% était de 115,4°.
D'autres études ont exploré l'influence de différentes formes cristallines de carbonate de calcium sur les performances hydrophobes des revêtements. Les angles de contact des revêtements de carbonate de calcium à base de calcite et d'aragonite étaient respectivement de 151,4° et 153,2°.
Enfin, l'autonettoyage et la résistance aux chocs des revêtements superhydrophobes ont été examinés. Les résultats ont démontré que, même après un test d'impact avec une goutte d'eau de 500 ml, les angles de contact des deux formes cristallines sont restés supérieurs à 140°, conservant ainsi d'excellentes propriétés hydrophobes.
Cheng Yuan et al. ont utilisé des whiskers de carbonate de calcium (CCW) et du nanocarbonate de calcium (CCNP) comme charges pour préparer des revêtements superhydrophobes. Ils ont optimisé la modification de surface de la poudre, la formulation du revêtement et les techniques d'application en adoptant une approche « apprêt-couche de finition » et des méthodes de polissage couramment utilisées dans la construction de revêtements. L'étude a révélé qu'après 15 cycles de frottement, le revêtement atteignait un angle de contact de 153,88° et un angle de laminage de 9,20°, démontrant ainsi d'excellentes propriétés autonettoyantes et une réparabilité artificielle.
Sur quels substrats peut-on appliquer des revêtements fonctionnels en carbonate de calcium ?
Fibres
La technologie d'enduction humide à partir de déchets de fibres de polyamide est la principale méthode de production de produits textiles enduits, tels que les rubans de marque. C'est également un moyen important de recycler physiquement les fibres de polyamide. Elle offre des avantages tels que de faibles coûts de production et d'excellentes performances produit. Le carbonate de calcium, une poudre inorganique peu coûteuse, non toxique et respectueuse de l'environnement, est largement utilisé comme charge dans le procédé d'enduction humide des déchets de fibres de polyamide. Il améliore l'épaisseur, la blancheur et la résistance de la surface enduite des rubans de marque.
Lei Pengfei et al. ont synthétisé du carbonate de calcium comme charge de revêtement par une méthode in situ à l'acide oléique et l'ont appliqué à des revêtements humides en polyamide. Les résultats ont montré que l'angle de contact du film de revêtement a diminué de 8,29°, la longueur de la trace d'encre sur le tissu enduit a été réduite de 10,42 mm et le pH du tissu a été abaissé à 7,27, améliorant ainsi l'absorption de l'encre et rendant le pH plus conforme aux normes de sécurité textile.
Jiang Jikang et al. ont modifié le carbonate de calcium en le greffant avec le modificateur synthétique DOPO, obtenant ainsi une dispersion uniforme dans les revêtements polyamides. Le revêtement présentait une structure transparente et poreuse, avec une texture duveteuse. En conditions humides, le tissu enduit a conservé un pH de 7,02, conforme aux normes environnementales. Le temps d'absorption de l'encre était de 89 secondes, avec une longueur de trait de 53,4 mm. Le code-barres imprimé est resté clair et intact, obtenant ainsi la note A.
Chen Zhijie et al. ont modifié le carbonate de calcium par greffage en surface avec un agent de couplage ignifuge silicium-phosphore afin d'améliorer la dispersion et de conférer des propriétés ignifuges. Cette approche a permis de créer un revêtement polyamide lisse, fin et poreux sur les tissus. L'étude a démontré que le carbonate de calcium modifié présentait une excellente oléophilie et que le tissu enduit de polyamide 6 obtenu présentait des propriétés ignifuges significatives.
Béton
La technologie des revêtements de surface est une méthode efficace pour améliorer la durabilité du béton. Les revêtements superhydrophobes aux propriétés imperméabilisantes, antigel et autonettoyantes font partie des sujets de recherche les plus actifs aujourd'hui.
Xu Huafeng et al. ont utilisé de la polydopamine pour induire la minéralisation du carbonate de calcium sur des surfaces en béton tout en réduisant in situ les ions argent en nano-argent pour construire une structure rugueuse micro-nano composite. La surface a ensuite été modifiée avec un silane à faible énergie de surface pour obtenir un revêtement de carbonate de calcium superhydrophobe biomimétique fonctionnalisé. Les résultats ont montré que le taux d'absorption d'eau de l'échantillon revêtu de composite a diminué de 90,3% dans des environnements normaux et de 93,44% dans des environnements d'eau de mer simulés par rapport aux échantillons non traités, démontrant une excellente imperméabilité et résistance à la pénétration. Après une distance équivalente à cinq mètres de frottement répété sur du papier de verre, l'angle de contact du revêtement est resté supérieur à 140°, avec une diminution de seulement 6,87%, indiquant une forte résistance à l'usure.
Afin d'améliorer la résistance à la corrosion et aux taches des bâtiments extérieurs en grès, Wen Yaping et al. ont synthétisé un revêtement à base de carbonate de calcium modifié par des acides gras par réaction en phase liquide, les acides gras servant de modificateur hydrophobe. L'étude a révélé que le carbonate de calcium vatérite modifié par l'acide stéarique présentait une granulométrie cristalline moyenne plus importante (31 nm), modifiait significativement la rugosité de la surface du grès, atteignait un angle hydrophobe de 119°, atteignait un indice de résistance aux taches de 5 et réduisait l'absorption d'eau à seulement 1,0%. Comparée aux revêtements non traités appliqués sur des échantillons de grès, cette méthode a efficacement amélioré la résistance aux taches des surfaces en grès.
Verre
Yuan Zhiqing et al. ont développé une méthode simple pour préparer des revêtements superhydrophobes à base de polydiméthylsiloxane (PDMS)/CaCO₃. Les revêtements obtenus étaient applicables à divers substrats, notamment le papier kraft, les lames de verre et les plaques de cuivre. Appliqué sur des substrats en verre et séché à température ambiante, le revêtement atteignait un angle de contact de 160° avec un angle de glissement inférieur à 3°. Des essais de cisaillement ont montré que le revêtement superhydrophobe P3 présentait une résistance mécanique au cisaillement et une adhérence élevées, garantissant une surface superhydrophobe stable. Des expériences en extérieur ont démontré que les revêtements autonettoyants préparés à partir de résine de silicone et de carbonate de calcium modifié à l'acide stéarique conservaient plus de 85% de la transparence du panneau de verre, atteignaient un angle de contact d'environ 110° et maintenaient des propriétés antibuée efficaces. Après quatre mois d'exposition en extérieur, la fonction autonettoyante du revêtement restait largement intacte.
Métal
L'autonettoyage des panneaux muraux suscite un vif intérêt, généralement obtenu par la construction de surfaces hydrophobes. Liu Changyang et al. ont déposé un film uniforme de carbonate de calcium de 20 microns d'épaisseur sur une surface en alliage magnésium-néodyme, améliorant ainsi la résistance à la corrosion de l'alliage dans des solutions interstitielles de béton simulées contenant du chlorure. Une modification chimique supplémentaire de l'échantillon revêtu à l'aide de perfluorodécyltriéthoxysilane a conféré à la surface des propriétés autonettoyantes.
Conclusion
Les revêtements fonctionnels à base de carbonate de calcium trouvent des applications dans de nombreux domaines, notamment l'emballage, la vaisselle, les matériaux de construction, les matériaux de protection de l'environnement, les textiles, les revêtements et l'industrie pharmaceutique. Face à la volonté des entreprises de réduire leurs coûts et d'accroître leur efficacité, la demande de revêtements fonctionnels à base de carbonate de calcium devrait croître, les technologies d'application devenant de plus en plus sophistiquées.
Epic Powder est spécialisé dans la fabrication de poudres haute performance machines de revêtement Conçu pour modifier le carbonate de calcium. Nos équipements de pointe assurent un traitement de surface uniforme, améliorant la dispersion, l'hydrophobicité et la compatibilité du matériau avec diverses applications, notamment les plastiques, les revêtements et les adhésifs. Grâce à un contrôle précis des procédés de revêtement, Epic Powder propose des solutions sur mesure pour répondre aux besoins de l'industrie.
