Développement d'une méthodologie pour l'optimisation de procédés de copolymérisation en émulsion à partir des caractéristiques désirées pour les produits formulés résultants

par Yannick Sabin

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Fernand Pla.

Soutenue en 2004

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Ces travaux de recherche ont pour objectif de développer une méthodologie en vue d'optimiser les conditions opératoires d'un procédé de polymérisation en émulsion, permettant de synthétiser des latex possédant des propriétés d'usage ciblées. Les propriétés suivies sont celles des particules de latex (morphologie, composition chimique) et celles des films formés à partir de ces dernières (module élastique, composition, topologie, température minimale de formation du· film). Une importance particulière est accordée aux propriétés des latex utilisés pour des applications dans le domaine des peintures. La résistance à l'abrasion humide de ces peintures constitue une propriété déterminante. Dans un premier temps, une synthèse bibliographique aborde les notions de base nécessaires à la compréhension du sujet. Les principes de la polymérisation en émulsion sont détaillés, de même que les phénomènes intervenant lors de la formation du film à partir d'un latex. Par ailleurs, le contrôle de la morphologie des particules est abordé. Enfin, quelques notions relatives aux applications des latex en peinture sont présentées. Puis, après l'exposé les techniques expérimentales utilisées, une méthodologie expérimentale originale est mise en place. L'objectif de cette méthodologie vise à définir l'influence des caractéristiques physicochimiques des particules de latex sur leurs propriétés d'usage. La stratégie expérimentale mise alors au point consiste d'abord à détem1iner les principales caractéristiques physicochimiques des particules de latex ou facteurs influençant les propriétés d'usage. Par la suite, un plan d'expériences de ces facteurs a été optimisé grâce à l'utilisation des concepts de D-optimalité et d'isovariance par rotation. Un logiciel comprenant un modèle cinétique de copolymérisation, qu'il a fallu élaborer, ainsi qu'un algorithme évolutionnaire, ont permis de fixer les conditions opératoires du procédé permettant de mener à bien les synthèses des latex du plan d’expériences. Cette opération s'est déroulée suivant une procédure établie et vérifiée expérimentalement. La méthodologie a ensuite été appliquée à l'étude de latex composés de particules structurées ayant une morphologie de type cœur/écorce. L'analyse des propriétés d'usage des produits synthétisés a enfin permis d'aboutir à la définition des caractéristiques physicochin1iques optimales des latex et à la mise au point des conditions opératoires à mettre en œuvre pour les obtenir

  • Titre traduit

    Development of a methodology for the optimization of copolymerization processes from the desired properties of the formulated final products


  • Résumé

    The aim of this study is to develop a methodology in order to optimize the pararneters of an emulsion polymerization process, so as to synthesize latexes with defined properties. The properties that are to be determined are those of the particles (composition, morphology), and those of the film Formed using the latex (Young's modulus, composition, topology, minimum film formation temperature). The main application field of the latexes concerns paints. Consequently, the web scrub resistance of the paints is a determining property. Firstly, a literature study is carriecl out about the principles of the emulsion polymerization, and the film formation. Besicles, the control of the particle morphology is developed. The latexes that are studied will be used to enter in the formulation of paints. Therefore, the composition of the paints and the main properties of the paint films are explained. After presenting the experimental techniques that are used in this study, a new experimental methodology is developed. It aims at understanding the influence of the physical and chemical properties of the latex particles on the application properties of the latex. The experimental strategy consists fïrstly in determining the particle characteristics that control the latex properties when used as films or formulatecl in paints. Afterwards, an experimental strategy is designed for the elaboration of latexes having different properties. The concepts of D-optimality and rotatability are used so as to realise this design. The following step of this experimental strategy is to define the process parameters (temperature, feecl composition and feed flow rates) that have to be applied in order to synthesize each latex. In that purpose, a software has been completed with a kinetic model of the process and a optimization algorithm (evolutionary algorithm). Besicles, a procedure has been defined and validatecl with experiments. In thiswork, the tools used to delevelop the experimental methodology are defined and set. Then, the strategy of experiments is applied to latexes composed with core / shell particles. The analysis of the properties of the latexes allowed to defined the optimal physical and chemical characteristics of the latexes and, finally, the operating experimental conditions to obtain them. The latexes were formulated in paints, and the physical properties of the paints were linked to the characteristics of the latex particles

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Informations

  • Détails : 1 vol. (216 p.)
  • Notes : Publicatin autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 185-191. 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 : 2001 SABIN Y.
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