Etude des facteurs d'extrapolation associés à différents systèmes de polymérisation en émulsion

par François Bleger

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Fernand Pla.

Soutenue en 1994

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    L'objet de cette thèse est la détermination des facteurs susceptibles de modifier le déroulement d'une copolymérisation en émulsion lors d'un changement d'échelle. Une étude bibliographique présente la copolymérisation en émulsion dans sa complexité ainsi que le procédé semi-continu utilisé pour synthétiser les latex. Puis la polymérisation en semi-continu de 4 formulations industrielles différentes par leur teneur en surfactants et le type de monomères utilisés est analysée. Le régime quasi-stationnaire de manque en monomères est établi ainsi que l'influence de la vitesse d'alimentation du réacteur et de la concentration en surfactants sur les caractéristiques du latex. Dans tous les cas, l'étape de nucléation des particules s'avère prépondérante. Afin de contrôler ce paramètre, l'efficacité de la technique d'ensemencement est démontrée. Sur ces bases, la seconde partie de la thèse analyse tous les paramètres du procédé capables de modifier la qualité du latex lors d'une extrapolation. L'influence du mélange sur les transferts de matière, de chaleur et de quantité de mouvement à l'échelle microscopiques des particules ainsi qu'à l'échelle du réacteur est examinée. De cette étude se dégagent quelques paramètres classiques comme la vitesse minimale d'agitation pour obtenir une dispersion uniforme et la vitesse maximale de cisaillement pour éviter la coagulation du latex. Mais le paramètre clé démontré par cette analyse est original: il s'agit de la modification, suite à une extrapolation, de la compétition entre la cinétique de mélange des réactifs introduits dans le réacteur et la cinétique de nucléation des particules. L'importance de ce paramètre est démontrée tout au long du procédé. Une explication qualitative est fournie, permettant l'analyse des résultats présentés et la prévision de l'impact de ce paramètre lors d'une extrapolation à venir


  • Résumé

    The aim of this thesis is the detennination of the main parameters involved in the scale-up of an emulsion copolymerization process. A detailed review of the literature av ail able on emulsion copolymerization k:inetics and semi-continuous processes used for latex production is presented. Semi-batch polymerizations of 4 industrial recipes which differ in surfactant content and monomer type are carried out and analyzed. The monomer-starved regime is obtained for ail polymerizations. The influence of monomer feed rate and surfactant concentration on final latex properties is established. Nucleation is proven to be the determining step of the process. Seeded polymerizations are investigated as a mean of controlling this step. Thanks to this understanding of the process, possible scale-up parameters are reviewed and their influence is detennined. The influence of mixing on heat and mass transfer at both macroscopic and microscopic scale is reviewed. Transfer phenomena at microscopic scales are shown to be independent of mixing intensity in an agitated tank. Furthermore, well-known parameters such as minimum agitator speed for complete dispersion or upper values of shear rate to avoid coagulation are of importance. The key to a successful scale-up is linked to the competition between mixing and polymerization kinetics. As a consequence, the final number of particles and the particle size will be affected by mixing. A nucleation mechanism is proposed and the influence of the inhomogeneity in the reactor on the nucleation is explained

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Informations

  • Détails : 1 vol. (235 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 220-235. Résumé en français et en anglais

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Lorraine. Direction de la documentation et de l'édition. BU Ingénieurs.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1994 BLEGER F.
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