Qu'est-ce que le plastique ABS ? Propriétés, production et applications
ABS signifie copolymère Acrylonitrile-Butadiène-Styrène, un type de plastique technique thermoplastique amorphe largement utilisé dans l'électronique, les pièces automobiles et les biens de consommation. Contrairement aux plastiques à composant unique, il est copolymérisé à partir de trois monomères, chacun apportant ses forces et ses faiblesses, ce qui donne des propriétés telles que la résistance aux chocs, une grande rigidité, la résistance à la chaleur et la résistance à la corrosion chimique.
Chacun des trois monomères contribue à la composition globale
Le ratio standard industriel des trois monomères dans l'ABS—acrylonitrile, butadiène et styrène—est d'environ 15%-35% d'acrylonitrile, 5%-30% de butadiène et 40%-60% de styrène (le ratio le plus typique dans la méthode d'émulsion est environ A:B:S≈22:17:61). Les fabricants ajustent le ratio de manière flexible en fonction des applications en aval ; plus de butadiène est ajouté pour des applications nécessitant plus de résistance, et une proportion plus élevée de styrène est ajoutée pour des applications nécessitant plus de rigidité.
L'acrylonitrile est synthétisé via le processus d'ammoxydation du propylène (également appelé processus Sohio), utilisant le propylène, l'ammoniac et l'air comme matières premières. Ce processus implique une synthèse en phase gazeuse en une étape sous l'action d'un catalyseur, et plus de 95% de la capacité mondiale de production d'acrylonitrile suit cette voie. La forte polarité du groupe cyano de l'acrylonitrile rend l'ABS résistant aux effets corrosifs des acides, des alcalis et des huiles, tout en améliorant la dureté de surface et la stabilité thermique, le rendant moins sujet à la déformation et au vieillissement à des températures moyennes.
Le butadiène est principalement séparé de la fraction C4 du craquage de vapeur d'éthylène et est dispersé dans la matrice de l'ABS sous forme de microparticules de caoutchouc. Lors d'un impact, ces phases de caoutchouc absorbent l'énergie d'impact par cavitation et déformation plastique, rendant l'ABS beaucoup plus résistant aux chocs que les plastiques rigides ordinaires et moins sujet à la fragilité. L'ABS est bien adapté aux pièces intérieures automobiles et aux boîtiers d'appareils électroniques, souvent soumis à des vibrations et des impacts.
Le styrène est préparé par la réaction de déshydrogénation de l'éthylbenzène (l'éthylbenzène lui-même est obtenu par l'alkylation du benzène et de l'éthylène) et constitue le composant structurel de l'ABS. Il confère à la matière sa rigidité et sa stabilité dimensionnelle, et donne également à l'ABS une bonne fluidité après fusion, le rendant adapté au moulage par injection, à l'extrusion et au soufflage. Les pièces traitées ont des surfaces lisses et sont faciles à colorer.
Deux principales voies de processus
Il existe deux principales voies techniques pour la production mondiale d'ABS : la polymérisation par greffage en émulsion et la polymérisation en masse. La méthode d'émulsion a la plus longue histoire de développement, une technologie mature et une large gamme de performances ajustables, représentant actuellement environ 55%-60% de la capacité de production mondiale. La méthode en masse, en raison de sa faible consommation d'énergie et de sa grande pureté de produit, a vu sa part de capacité de production augmenter régulièrement ces dernières années.
La matrice élastique de la méthode de greffage en émulsion est le latex de polybutadiène (PBL). L'ensemble du processus se compose de quatre étapes : tout d'abord, le PBL est préparé par polymérisation en émulsion à 50-80°C ; ensuite, des monomères de styrène et d'acrylonitrile sont ajoutés pour la copolymérisation par greffage, où les monomères polymérisent à la surface des particules de caoutchouc, formant une structure cœur-coquille ; ensuite, un copolymère SAN séparé est préparé ; enfin, le latex greffé et le SAN sont co-condensés, lavés, séchés et granulés pour obtenir le produit ABS fini.
La méthode en masse n'utilise pas d'émulsifiants ni de milieu à base d'eau. Le caoutchouc de polybutadiène est directement dissous dans un mélange de monomères de styrène et d'acrylonitrile, et la polymérisation est réalisée dans un réacteur fermé à une température contrôlée. À mesure que le taux de conversion augmente, le système subit une inversion de phase, avec la phase de caoutchouc se dispersant dans la matrice SAN pour former une structure biphasée. Cette voie produit un ABS avec des résidus d'impuretés extrêmement faibles (environ 1/20e de ceux de la méthode d'émulsion) et de faibles COV, ce qui donne une couleur plus blanche. Cependant, sa brillance n'est pas aussi bonne que celle des produits traités par émulsion, et elle est principalement destinée aux domaines haut de gamme tels que les composants électroniques de précision et les dispositifs médicaux.
Avantages du processus et tendances de l'industrie
Le plus grand avantage du processus ABS est sa performance personnalisable—en ajustant le ratio de formulation et les paramètres de polymérisation, des matériaux avec différents niveaux de résistance, de rigidité et de résistance à la chaleur peuvent être produits. Actuellement, des efforts significatifs sont déployés pour améliorer le traitement des eaux usées pour la méthode d'émulsion, tandis que la méthode en masse continue d'étendre sa production grâce à son avantage naturel de ne pas produire d'eaux usées. Ensemble, ces deux voies poussent l'ABS vers une consommation d'énergie réduite et une meilleure respectabilité environnementale.
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