Chloroprène contre Caoutchouc Naturel

Caoutchouc naturel(CN), extrait du latex des hévéas, est un polymère naturellement présent. Sa composition moléculaire est le cis-1,4-polyyisoprène, possédant de nombreuses doubles liaisons carbone-carbone et aucun autre substituant. Cette structure naturellement présente offre une excellente élasticité grâce aux doubles liaisons, tandis que les longues chaînes linéaires assurent sa flexibilité.

Le chloroprène (CR), en revanche, est un caoutchouc synthétique formé par polymérisation de monomères de chloroprène. Sa composition moléculaire est le polychloroprène, qui non seulement conserve les doubles liaisons carbone-carbone, mais incorpore également des atomes de chlore comme substituants. La forte électronégativité des atomes de chlore modifie la polarité et la stabilité chimique de la molécule, ce qui constitue la principale différence entre le CR et le caoutchouc naturel.

En ce qui concerne la résistance au vieillissement, le caoutchouc naturel, en raison des nombreuses doubles liaisons carbone-carbone dans sa chaîne moléculaire, s'oxyde facilement sous l'action de l'oxygène, de l'ozone et de la lumière ultraviolette, ce qui entraîne un vieillissement se manifestant par un durcissement, des fissures et une perte d'élasticité. Par exemple, un tuyau en caoutchouc naturel exposé au soleil peut développer des fissures en quelques mois.

Puisque le caoutchouc de chloroprène contient des atomes de chlore, l'effet attracteur d'électrons du chlore réduit la densité du nuage électronique de ses doubles liaisons, le rendant moins sensible à l'oxydation. Les atomes de chlore inhibent également la réaction des molécules d'ozone avec les doubles liaisons, ce qui lui confère une résistance bien supérieure au vieillissement par l'ozone, les UV et l'atmosphère comparé au caoutchouc naturel. Par exemple, des joints de pare-brise automobiles en caoutchouc de chloroprène peuvent conserver leur élasticité après 5 à 10 ans d'exposition extérieure, alors que des produits en caoutchouc naturel peuvent être défectueux en trois ans.

En matière de résistance aux huiles et produits chimiques, selon le principe du « comme se dissout comme », le caoutchouc naturel est un polymère apolaire possédant une bonne compatibilité avec des solvants apolaires comme l'huile minérale et l'essence. Toutefois, au contact, il gonfle rapidement, s'adoucit et perd ses propriétés.

Par exemple, un joint d'étanchéité en caoutchouc naturel peut devenir inutilisable en une semaine après contact avec de l'huile moteur. Puisque le caoutchouc de chloroprène contient des atomes de chlore polaires, ses molécules sont très polaires, ce qui entraîne une mauvaise compatibilité avec les huiles apolaires (huile minérale et gasoil). Bien qu'il présente une excellente résistance aux huiles apolaires, il tolère mal les solvants très polaires comme l'acétone et les esters.

En outre, les atomes de chlore présents dans le caoutchouc de chloroprène le rendent plus stable face aux acides et bases, tandis que les doubles liaisons du caoutchouc naturel sont facilement corrodées par les acides et bases. Ainsi, le caoutchouc de chloroprène convient mieux à des applications comme les gaines de tuyauterie chimique et les gants résistants aux acides et bases.

En ce qui concerne l'élasticité et les propriétés mécaniques, les segments de polyisoprène du caoutchouc naturel sont extrêmement flexibles, permettant aux chaînes moléculaires de tourner librement. Cela donne une excellente élasticité et rebond, atteignant 80 % à 90 % de rebond et une élongation à la rupture de 500 % à 800 %.

Cela le rend adapté à des applications nécessitant une grande élasticité, comme les sculptures de pneus et le rembourrage d'équipements sportifs. En raison de l'encombrement stérique des atomes de chlore, le caoutchouc de chloroprène présente une flexibilité légèrement réduite, entraînant une élasticité et un rebond légèrement inférieurs, avec un rebond d'environ 60 % à 70 %. Toutefois, la polarité des atomes de chlore renforce les forces intermoléculaires, offrant une meilleure résistance à la traction, à la déchirure et à l'abrasion.

La résistance à la traction peut atteindre 25 à 35 MPa, contre environ 20 à 30 MPa pour le caoutchouc naturel, le rendant adapté à des applications nécessitant une grande résistance, comme les courroies transporteuses et les joints.

En ce qui concerne la résistance à la température et l'adaptabilité environnementale, le caoutchouc naturel possède une plage de température d'utilisation étroite, généralement entre -60 °C et 80 °C. À basse température, ses chaînes moléculaires deviennent rigides et son élasticité diminue.

Au-delà de 80 °C, il tend à s'adoucir, devenir collant, voire se décomposer. Le chloroprène, grâce à l'effet stabilisateur des atomes de chlore, possède une plage de température plus large, allant de -40 °C à 120 °C (et pouvant supporter 150 °C pendant de courtes périodes), et ses performances varient moins dans des environnements alternant hautes et basses températures.

Par exemple, des joints de compartiment moteur en caoutchouc de chloroprène peuvent résister aux hautes températures de fonctionnement du moteur, alors que le caoutchouc naturel est sujet au vieillissement et à la défaillance dans ces environnements.

En ce qui concerne la mise en œuvre et le coût, le caoutchouc naturel dispose d'une technologie de mise en œuvre mature, d'une bonne fluidité lors du mélange et d'une vitesse de vulcanisation facile à contrôler (la vulcanisation au soufre est couramment utilisée). Cependant, les coûts des matières premières varient considérablement, allant d'environ 15 000 à 20 000 dollars la tonne, selon les lieux de production comme l'Asie du Sud-Est.

La mise en œuvre du chloroprène nécessite un contrôle de la température pour éviter la décomposition des atomes de chlore à haute température produisant du chlorure d'hydrogène. La vulcanisation utilise généralement des oxydes métalliques (oxyde de zinc + oxyde de magnésium), ce qui constitue un processus assez complexe. En tant que caoutchouc synthétique, son coût dépend du prix du pétrole, oscillant autour de 25 000 à 35 000 dollars la tonne, constamment supérieur à celui du caoutchouc naturel.

En ce qui concerne les applications, le caoutchouc naturel, grâce à son élasticité élevée et son coût réduit, est principalement utilisé dans les sculptures de pneus (représentant plus de 70 % de la consommation de caoutchouc naturel), les bandes, les flexibles, les balles, etc. Le néoprène, reposant sur sa résistance au vieillissement, aux huiles et à la température, est utilisé dans des gaines de câbles électriques (résistance à l'ozone et étanchéité), des joints d'étanchéité automobiles (résistance météorologique), des combinaisons de plongée (résistance à l'eau et au vieillissement), des adhésifs (adhésifs en chloroprène sont solides et résistants au vieillissement), et des tuyaux d'incendie (retardateur de flamme, contenant du chlore pour inhiber la combustion).