Polymérisation du chlorure de vinyle en microréacteur

Vinyl chloride polymerization in microdroplet reactor

• Auteur / Autrice : Ioana-Miruna Dorobantu
• Direction : Christophe Gourdon, Catherine Xuereb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance le 11/05/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites polymères

Chlorure de vinyle

Mots clés libres

Microréacteur

Polymérisation

Spectroscopie Raman

Microreactor

Polymerization

Raman spectroscopy

Résumé

La polymérisation du chlorure de vinyle est une réaction très fréquente dans l’industrie des polymères, conduisant à l’obtention d’un matériau plastique très commun, connu sous le nom de PVC (polychlorure de vinyle). Ses applications concernent principalement l’industrie des constructions néanmoins d’autres domaines sont également touchés. La complexité de ce procédé de polymérisation est due à la nature toxique du monomère, à la maitrise du transfert de chaleur ou au maintien de l’agitation. Le contrôle de ces variables de procédé influence de manière directe les caractéristiques finales du produit. Même si la polymérisation en suspension du chlorure de vinyle a été largement étudiée dans des réacteurs de type batch, il y a un manque de données au niveau de la cinétique et de la physicochimie d’une goutte de monomère pendant la réaction. L’objectif de ces travaux est de proposer un dispositif microstructuré permettant d’obtenir des gouttes monodisperses ayant un diamètre de 200 µm environ, chacune étant considérée comme un réacteur de polymérisation. Une fois identifiés les verrous liés au système eau/chlorure de vinyle en microréacteur, la réaction de polymérisation a été décrite de manière qualitative par visualisation des gouttes/grains de polymère. Des mesures Raman non-invasives en temps réel ont été réalisées sur une goutte immobile de chlorure de vinyle, cela permettant d’accéder aux valeurs des constantes cinétiques. Un modèle théorique en bon accord avec les résultats expérimentaux a été proposé afin de simuler le degré de conversion de la réaction. Les caractéristiques morphologiques des grains de PVC obtenus en microréacteur présentent des particularités intéressantes en termes d’agglomération des particules primaires ou porosité.

Vinyl chloride suspension polymerization is a common reaction in polymer industry allowing to obtain one of the world wide most used plastics, known as PVC (polyvinyl chloride). Its applications involve mostly the construction industry but other domains are also concerned. This polymerization process is highly complex due to the toxic nature of the monomer, the good manage of heat transfer and agitation. The control of these process variables directly impacts the characteristics of the final product. Even though the suspension polymerization of vinyl chloride has been extensively studied in batch reactors, there is a lack of data regarding the kinetics or the physicochemistry of a single monomer droplet during the reactions. The aim of this present work is to propose a microstructured device which enables obtaining monodisperse droplets within 200 µm in diameter, each one being considered as a polymerization reactor. After a good acknowledgement of the vinyl chloride/water system in microchannel the polymerization reaction was qualitatively described by means of droplet/polymer grain visualization. Real-time non-invasive Raman measurement has been performed on stationary vinyl chloride monomer droplets and has provided values of kinetic constants. A theoretical model was proposed, simulating the reaction conversion in good agreement with the experimental values. The morphologic characteristics of the PVC grains obtained in microreactor presented interesting features in terms of primary particle agglomeration or porosity.