Le remplacement direct du DOP par du DEHCH échoue plus souvent qu'il ne réussit. J'ai réalisé suffisamment de transitions pour vous dire que le changement de plastifiant en lui-même est la partie la plus simple ; ce sont les trois ajustements que vous effectuez ensuite qui déterminent si le composé fonctionnera correctement sur votre ligne de production.
Les données pertinentes sur le DEHCH se trouvent dans les brevets et les fiches techniques, mais aucune n'explique comment passer d'une formulation DOP ou DOTP actuelle à une formulation DEHCH validée. Commencez par votre formulation existante, convertissez le PHR, ajustez le lubrifiant, le co-stabilisant et la température de traitement, puis validez. La plupart des formulations ne nécessitent aucune modification supplémentaire.
Comment convertir un chargement DOP ou DOTP en DEHCH
Le DEHCH (bis(2-éthylhexyl)cyclohexane-1,4-dicarboxylate) possède une efficacité plastifiante similaire à celle du DINP : environ 15 à 20 % supérieure à celle des alternatives linéaires comme le DOTP. Ce seul fait simplifie la conversion du PHR, mais le sens de l’ajustement dépend du plastifiant remplacé.
Conversion DOP vers DEHCH
Le DOP constitue la référence du secteur à un niveau d'efficacité de 1.0. Le DEHCH se situe approximativement entre 0.96 et 1.0 par rapport au DOP., ce qui signifie que la conversion est presque de 1:1. Une formulation utilisant 50 PHR de DOP nécessite généralement 48 à 52 PHR de DEHCH pour atteindre la même cible Shore A.
Commencez avec un ratio de 1:1 et mesurez la dureté Shore A de votre premier lot d'essai. Si le composé est 2 à 3 points plus dur que votre DOP de référence, augmentez la concentration de DEHCH de 2 PHR. N'augmentez pas la concentration par paliers de 5 PHR : un surdosage provoque des saignements et une diminution de la résistance à la traction, au lieu d'améliorer la flexibilité.
Conversion DOTP vers DEHCH
Le DOTP présente une perte d'efficacité d'environ 7 % par rapport au DOP : une recette à 35 PHR de DOP nécessite environ 37 à 38 PHR de DOTP pour une dureté équivalente. Les utilisateurs de DOTP chargent déjà davantage de matière. Passer au DEHCH permet de réduire la charge d'environ 5 à 7 % par rapport à votre configuration DOTP de base, tout en atteignant la même dureté cible.
| Plastifiant de base | Chargement typique | Équivalent DEHCH | Direction |
|---|---|---|---|
| DOP à 50 PHR | 50 PHR | 48-52 PHR | À peu près égal |
| DOP à 35 PHR | 35 PHR | 34-36 PHR | À peu près égal |
| DOTP à 50 PHR | 50 PHR | 46-48 PHR | Légère réduction |
| DOTP à 35 PHR | 35 PHR | 33-34 PHR | Légère réduction |
Prévoyez une marge de sécurité de 2 à 3 PHR lorsque vous visez des spécifications de dureté maximales. Les variations d'un lot à l'autre peuvent entraîner des variations de 2 à 5 points Shore A ; il est donc essentiel d'éviter le rejet d'un lot de production pour une formulation trop limite.
Trois ajustements au-delà de l'échange PHR
La conversion PHR vous rapproche du résultat souhaité. Ces trois ajustements vous préparent à la production. Chaque transition DEHCH que j'ai gérée a nécessité ces trois ajustements ; en négliger un seul vous exposera à des anomalies inexplicables jusqu'à ce que vous en retrouviez la cause.
Réduire le lubrifiant externe
Le DEHCH présente une viscosité rotationnelle de 30 à 50 mPa·s à 25 °C, contre environ 80 mPa·s pour le DOP. Cette baisse de viscosité de 40 à 60 % signifie que le DEHCH est un lubrifiant interne plus efficace que le DOP, et que la quantité de lubrifiant externe utilisée devient excessive.
Le symptôme est le dépôt de paraffine : un film cireux se forme sur les rouleaux de calandrage, les lèvres de la matrice ou les surfaces du moule. Si vous constatez ce problème après l'utilisation de DEHCH, vérifiez d'abord la quantité de lubrifiant externe. Réduisez la teneur en acide stéarique ou en paraffine de 0.2 à 0.5 PHR. Commencez par 0.2 et effectuez un court essai de production avant de réduire davantage.
L'écart de viscosité entre le DEHCH et le DOP est à l'origine du déséquilibre de lubrification, et la différence de propriétés entre le DEHCH et le DEHP fait qu'il est facile de passer à côté. Ajustez le lubrifiant avant toute autre chose.
Ajouter un co-stabilisateur
Changer de plastifiant peut modifier la stabilité thermique, même en conservant le même système de stabilisation. La solution ne consiste pas à remplacer le système de stabilisation, mais à ajouter un co-stabilisant.
Si vous utilisez des stabilisants calcium-zinc, ajoutez 0.3 à 0.5 PHR d'un co-stabilisant phosphite ou β-dicétone. Ceci compense la légère modification d'interaction entre le DEHCH et votre système de savon métallique existant. L'ajout du co-stabilisant à environ 60 °C lors d'un mélange à grande vitesse permet une dispersion optimale ; un ajout trop précoce à basse température entraîne la formation de grumeaux avec la résine au lieu d'un enrobage uniforme.
Après reformulation, vérifiez la stabilité thermique au rouge Congo. Visez une température de sortie du mélangeur de 120 à 130 °C. Si le temps de réaction au rouge Congo diminue de plus de 10 % par rapport à la valeur de référence du DOP, augmentez la concentration de co-stabilisant par incréments de 0.1 PHR jusqu'à obtention d'une stabilité équivalente.
Réglage des températures de traitement
Le DEHCH s'incorpore plus rapidement à la résine PVC que le DOP dans la plupart des grades, ce qui modifie le point de fusion. Pour le compoundage en mélangeur à grande vitesse, la première étape fonctionne généralement entre 500 et 1 000 tr/min entre 60 et 90 °C, et la seconde entre 1 100 et 1 600 tr/min entre 100 et 140 °C. Ces plages de valeurs sont issues de formulations de PVC médical avec des valeurs K comprises entre 65 et 80 ; il convient donc de les adapter en fonction du grade de résine utilisé.
Pour l'extrusion, partez du profil de fourreau existant et surveillez les indicateurs de sous-fusion ou de sur-fusion. Le point d'éclair du DEHCH étant supérieur à 190 °C, vous disposez d'une marge de manœuvre confortable. Si votre composé fond plus tôt que prévu, réduisez la température de la zone de fourreau de 3 à 5 °C dans la section de dosage. Chaque PHR supplémentaire de plastifiant diminue la température de déformation thermique de 2 à 3 °C ; par conséquent, si vous avez chargé légèrement plus de DEHCH que votre dose de référence de DOP, tenez compte de ce décalage thermique.
Quand mélanger le DEHCH avec un coplastifiant
Le DEHCH pur convient à la plupart des applications courantes du PVC souple : isolation de câbles, tuyaux d’arrosage, revêtements de sol, tubes divers. Cependant, si le produit final entre en contact avec du papier ou des emballages alimentaires, le DEHCH seul présente un risque de migration qu’un coplastifiant permet de corriger.
Lors de tests sur les plastisols, le DEHCH pur a obtenu un score de 3.5 sur 5 pour la vitesse de gélification et de 2.8 sur 5 pour la résistance à la migration sur papier. Un mélange 7:3 de DEHCH et de citrate de tributyle (TBC) a permis d'atteindre ces deux scores à 5 sur 5.0. Les utilisateurs de plastisol bénéficient ainsi d'une gélification plus rapide ; le stockage du produit contre du papier ou du carton élimine tout risque de migration.
Pour les mélanges secs à usage général où la migration sur papier n'est pas problématique, il est inutile d'ajouter du coplastifiant. L'ajout de TBC augmente le coût des matières premières et introduit un deuxième plastifiant à gérer en stock. Je recommande un mélange de DEHCH pur pour les applications industrielles et de construction, et un mélange DEHCH:TBC à 7:3 en poids pour les films en contact avec les aliments et les emballages en contact avec le papier.
Il ne s'agit pas d'une exigence universelle — c'est le quatrième ajustement qui ne s'applique que lorsque votre application l'exige.
Comment valider le composé reformulé
Avant de passer du lot d'essai à la production, effectuez ces trois vérifications par rapport à votre référence DOP ou DOTP. Une reformulation qui réussit les trois est prête pour la production.
Contrôle de dureté Shore A
Mesurez la dureté Shore A après 15 secondes sur des échantillons conditionnés. Visez une valeur à +/- 2 points de votre valeur de référence DOP. Si la dureté est supérieure de 3 à 5 points, augmentez le DEHCH de 2 PHR. Si l'écart est supérieur à 5 points, vérifiez votre conversion PHR ; l'hypothèse d'efficacité peut ne pas être valable pour votre grade de résine PVC.
Prévoyez une marge de sécurité de 2 à 3 PHR en dessous de la dureté maximale admissible. Les variations entre lots peuvent à elles seules faire varier la dureté Shore A de 2 à 5 points, et un lot non conforme coûte plus de 2 PHR de plastifiant supplémentaire.
Stabilité thermique (test au rouge Congo)
Effectuez le test au rouge Congo sur des feuilles pressées à la même température et à la même épaisseur que votre test de référence au DOP. La formulation DEHCH doit avoir une durée de stabilité égale ou supérieure à celle du DOP. Une baisse de plus de 10 % indique que la quantité de co-stabilisant doit être ajustée : augmentez la concentration de phosphite ou de bêta-dicétone de 0.1 PHR et effectuez un nouveau test.
Surveillez l'apparition de voile ou de décoloration sur la feuille pressée. Un aspect trouble au refroidissement peut indiquer des problèmes de compatibilité entre le plastifiant et votre résine ; effectuez un test de compatibilité par trempage (plastifiant sur film PVC, 24 heures à 70 °C) avant d'incriminer le stabilisant.
Tests de migration et de vieillissement
Pour les applications générales, effectuez un test de vieillissement de 7 jours à 70 °C et vérifiez l'exsudation de surface, la perte de poids et la dérive de dureté Shore A. Pour les applications en contact avec les aliments, ajoutez un test de migration sur papier conformément à la réglementation en vigueur ; dans ce cas, le mélange DEHCH:TBC devient obligatoire si le DEHCH pur s'avère insuffisant.
Documentez chaque résultat de test par rapport à votre référence DOP. Ces données comparatives constituent votre dossier de validation de la reformulation et vous font gagner un temps précieux lorsque clients ou auditeurs vous interrogent sur la validation de la transition.
Prochaines étapes
Trois ajustements — lubrifiant, co-stabilisant et température de traitement — permettent de combler l'écart entre un échange de PHR et une formulation DEHCH prête pour la production. Teknor Apex a démontré l'efficacité de cette approche à l'échelle industrielle lors de sa transition. production de tuyaux d'arrosage du DEHP à un plastifiant sans phtalate, sans nouvel équipement et avec une reformulation minimale.
Commencez par un lot d'essai de 5 à 10 kg en utilisant la conversion PHR de votre recette actuelle. Effectuez les trois ajustements avant le premier essai, et non après avoir constaté des défauts. Réalisez les tests de dureté Shore A et Congo Red, ainsi qu'un test de vieillissement de 7 jours. Si les trois tests sont concluants et conformes à votre DOP de référence, passez à une production pilote. L'ensemble du processus de qualification prend généralement deux à trois semaines, et non des mois comme le suggèrent certains documents de brevets.