Conception d'un pilote de polycondensation et étude des procédés d'élaboration de polyamides en mileux fondu et dispersé

par Virginie Thieblemont

Thèse de doctorat en Génie des procédés et des produits

Sous la direction de Fernand Pla.

Soutenue en 2005

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Ces travaux de recherche ont pour objectif de développer et de mettre au point un procédé de polycondensation en milieu dispersé permettant d’obtenir un intermédiaire polyamide sous une forme très divisée dont la morphologie et la réactivité chimique soient contrôlées. Ce procédé vise à assurer un débouché au polyamide 6,6 dans des applications à très hautes valeurs ajoutées. A cette fin, il était nécessaire de concevoir et installer un pilote de polycondensation polyvalent permettant de réaliser les synthèses de polycondensats à l’état fondu et en milieu dispersé. La première partie de ce travail concerne la conception, la réalisation et la qualification de cette installation pilote. Celle-ci est complètement automatisée et comporte deux réacteurs de trois litres ayant une température et une pression maximales de service de 300 °C et 30 bars respectivement ainsi que d’une chaudière et des circuits de fluide caloporteur permettant de fournir la puissance thermique nécessaire à chaque réacteur. Le fonctionnement de ce pilote a été validé par la mise en œuvre de différents procédés industriels de polycondensation à l’état fondu, en particulier, par le procédé standard de synthèse du polyamide 6,6. La seconde partie présente l’étude et la mise au point du procédé de polycondensation en milieu dispersé. Celui-ci consiste, dans un premier temps, à former une dispersion de la solution de monomères (sel de Nylon soit dans l’éthylène glycol, soit dans l’eau) dans une phase continue (coupe d’hydrocarbures Shellsol D100) en présence de tensioactif, puis, à conduire la polycondensation dans les gouttelettes de monomères afin d’obtenir le polyamide directement sous forme de poudre. Des études préliminaires ont conduit à l’obtention d’un procédé sous pression qui permet de synthétiser des poudres de prépolymère de DPn égal à 30 qui se présentent sous la forme de sphères régulières à surface lisse. L’influence des conditions expérimentales, en particulier la vitesse d’agitation et la concentration du tensioactif, sur le diamètre de Sauter des particules est étudiée et modélisée. Par ailleurs, un modèle cinétique de la postcondensation de ces poudres en milieu dispersé a également été élaboré. Il permet de prédire correctement les concentrations des groupements terminaux et les masses molaires moyennes en nombre des poudres ainsi que leur évolution au cours de la réaction de postcondensation

  • Titre traduit

    Design of a condensation polymerization pilot and study of the condensation polymerization in a molten state as well as in dispersed medium


  • Résumé

    The aim of this work is to develop a condensation polymerization process in dispersed medium allowing to obtain an intermediary polyamide in a divided form which morphology and chemical reactivity are controlled. This process shall ensure an outlet for polyamide 6,6 applications with high added value. For this purpose, it was necessary to design and install a multifunctional pilot of condensation polymerization allowing to carry out the condensation polymer syntheses in a molten state as well as in dispersed medium. The first part deals with the design, the realization and the qualification of the pilot. This one is completely automated and is composed by two reactors of three liters working at maxima temperature and pressure of 300 °C and 30 bars respectively and a heating system bringing the necessary thermal energy at each reactor. The use of this installation was validated by the transposition of various industrial condensation polymerization processes in molten state, in particular, the standard process of polyamide 6,6 synthesis. The second part presents the study and the development of the condensation polymerization process in dispersed medium. This one consists in dispersing the monomers solution (Nylon salt in ethylene glycol or in water) in a continuous phase (hydrocarbons solvent, Shellsol D100) in presence of surfactant, then in carrying out the condensation polymerization in the small droplets to obtain directly polyamide powders. Preliminary studies let to the obtaining of an under pressure process making it possible to product polymer powders with a DPn equal to 30 which appeared as regular spheres with smooth surface. The influence of the process conditions, in particular, stirring speed and surfactant concentration, on the Sauter’s diameter of the particles is investigated and modeled. In addition, a kinetic model of the postcondensation of these powders in dispersed medium is elaborated. It predicts correctly the end-groups concentrations and the number average molecular weight of the powders during the postcondensation

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Informations

  • Détails : 1 vol. (236 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-193

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2005 THIEBLEMONT V.
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