Développement d'un procédé propre assisté par CO2 supercritique pour la production de particules de polyamide : caractérisation et faisabilité

par Audrey Common

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Jacques Fages et de Elisabeth Rodier.

Soutenue le 25-11-2011

à Toulouse, INPT .


  • Résumé

    Cette thèse vise à la production de poudre de polymère par un procédé continu, en une seule étape et supprimant l'utilisation des solvants organiques en faveur de celle du CO2 supercritique. Avant de développer le procédé, une caractérisation du mélange CO2/polymère a été effectuée. Des mesures de solubilité, de gonflement et de coefficient de diffusion du CO2 ont été réalisées et représentées par différents modèles. De plus, une technique de rhéologie capillaire en ligne a été développée, permettant la mesure de viscosité du polymère, seul ou en mélange, avec le CO2 dans les conditions du procédé. Un montage batch a ensuite permis de tester l'influence des paramètres opératoires sur de faibles quantités. Parallèlement, le procédé continu a été étudié sur une extrudeuse équipée d'outils de mélange du CO2 dans le polymère fondu. L'efficacité et l'homogénéité du mélange ont été étudiées à travers la fabrication de mousses de polymères et la réalisation de distributions de temps de séjour par spectroscopie Raman en ligne. L'ajout d'un dispositif de pulvérisation spécifique a conduit à l'obtention de poudres d'aspect fibreux avec deux populations de tailles.

  • Titre traduit

    Development of a green process of polymer powders production assisted by supercritical CO2


  • Résumé

    Polymer powders are widely used in industry and are traditionally manufactured by processes using organic solvent or by grinding low molecular weight polymers with a post-polymerization step. This thesis aimss at the generation of polymer powders with a single-step continuous process, based on the use of supercritical CO2, hence without organic solvent. Before developing this process, the characterization of the mixture CO2/polymer was done. Solubility measurements were carried out and fitted with the Sanchez-Lacombe equation of state. Moreover, a capillary rheometry technique was implemented on-line, allowing the measurement of the viscosity of the polymer alone or in mixture with CO2, under process conditions. The modeling of swelling as a function of time led to the evaluation of the diffusion coefficient of CO2 into the polymer. Afterwards, two experimental devices were designed. A batch process with a pressurized autoclave was used to determine the influence of experimental parameters on powder production, with small amounts of material. Formation of small fibrous particles was obtained. In parallel, the continuous process was studied on an extruder adapted to CO2 introduction and equipped with mixing devices. This study, which led to foam manufacture, was used to evaluate efficiency and homogeneity of the mixing. Residence time distributions were determined by Raman spectroscopy on the die in order to evaluate the flowing in the extruder under different conditions. The equipment was also fitted with a specific nozzle allowing co-injection of hot air. Production of fibrous particles with two different size ranges was obtained.


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