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RÉSUMÉ
L'extrusion réactive montre de grandes potentialités et commence à faire ses preuves dans l'industrie. Ce procédé consiste à générer une transformation chimique volontairement au sein de l'extrudeuse, qui devient ainsi un réacteur continu. Cet article présente les principales caractéristiques de ce procédé d'extrusion réactive et liste quelques exemples d'applications. Les principes fondamentaux du procédé et l’apport de la modélisation sont ensuite abordés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Françoise BERZIN : Ingénieur de l’École des Mines de Douai - Docteur de l’École des Mines de Paris - Maître de Conférences à l’Université de Reims Champagne-Ardenne
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Guo-Hua HU : Docteur de l’Université Louis-Pasteur, Strasbourg - Professeur à l’Institut National Polytechnique de Lorraine (Nancy) - Laboratoire des Sciences du Génie chimique (CNRS-ENSIC)
INTRODUCTION
L’extrusion est un procédé continu consistant à mettre en forme ou à transformer des polymères au sein d’un système vis / fourreau. Sauf quelques rares exceptions, les mécanismes impliqués sont purement thermomécaniques et tout processus chimique est à proscrire a priori. On parle d’extrusion réactive lorsque des transformations chimiques sont volontairement générées, de manière contrôlée. L’extrudeuse devient alors un véritable réacteur continu. Après une présentation des spécificités, des avantages et inconvénients de l’utilisation de l’extrudeuse comme réacteur continu, les principales applications de cette technologie dans le domaine des matériaux polymères synthétiques ou d’origine naturelle seront illustrées à l’aide d’exemples. Seront ensuite décrits les principes fondamentaux du procédé d’extrusion réactive et l’apport de la modélisation à ce type de procédé.
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3. Principes fondamentaux en extrusion réactive
3.1 Réactions chimiques
Comme mentionné précédemment, la chimie en extrudeuse se déroule dans des conditions thermomécaniques proches de celles d’un procédé d’extrusion classique, qui sont très différentes de celles rencontrées habituellement dans les réacteurs. Par exemple, le milieu réactionnel est particulier puisqu’il est essentiellement composé de polymères fondus en l’absence de solvants. Sa viscosité et sa température sont souvent très élevées. L’absence de solvants fait que les réactifs mis en jeu peuvent être immiscibles. Ainsi, la réaction ne se déroule peut-être plus sur l’ensemble du volume réactionnel mais se localise principalement aux interfaces. Par ailleurs, le temps de réaction est très court puisqu’il est imposé par le temps de séjour moyen dans l’extrudeuse utilisée, ce dernier se situant souvent entre quelques secondes et quelques minutes.
Ces conditions thermomécaniques et chimiques particulières font que toute réaction impliquant des réactifs ou générant des produits thermiquement instables est à proscrire. Les réactions dont la cinétique est trop lente par rapport au temps de séjour ne sont, a priori, pas de bonnes candidates pour l’extrusion réactive. Celles dont la cinétique est trop rapide et dont la quantité de chaleur dégagée est trop importante ne le sont pas non plus. Une réaction idéale pour l’extrusion réactive est celle dont la cinétique est suffisamment rapide, dont la chaleur dégagée est faible et dont les réactifs et les produits sont thermiquement stables.
Dans la pratique, la chimie appliquée à l’extrusion réactive repose généralement sur les deux types de réactions suivants : radicalaire et fonctionnel. Il faut aussi noter que des réactions bien connues et maîtrisées en solution ou dans des conditions conventionnelles peuvent parfois présenter des comportements cinétiques et/ou mécaniques très différents quand elles sont conduites dans les conditions de mise en œuvre des polymères.
Cela peut être, suivant les cas, un inconvénient ou un avantage.
HAUT DE PAGE3.2 Monovis ou bivis ?
Le choix du type d’extrudeuse est bien entendu un point clé dans...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - XANTHOS (M.) - Reactive Extrusion : Principles and Practice. - Hanser, Munich (1992).
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(2) - KELLEY (J.M.) - Styrene polymerization process. - Brevet américain US 5 274 029 (1993).
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(3) - SCHMIDT (L.R.), LOVGREN (E.M.), MEISSNER (P.G.) - Continuous melt polymerization of poly(ether imides). - Intern. Polym. Proc., no 4, p. 270-276 (1989).
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(4) - GOUINLOCK (E.V.), MARCINIAK (H.W.), SHATZ (M.H.), QUINN (E.J.), HINDERSINN (R.R.) - Preparation and properties of copolyesters polymerized in a vented extruder. - J. Appl. Polym. Sci., no 12, p. 2403-2413 (1968).
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(5) - PARK (H.J.), RHIM (H.S.), KIM (H.M.), KIM (D.H.), YOO (S.C.), KIM (S.H.), PARK (S.B.), HAN (I.S.), PARK (J.T.), KIM (S.M.) - Process for preparing aromatic polyamide fibers and films. - Brevet européen EP 246 732 (1987).
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(6) - BARTILLA (T.), KIRCH (D.), NORDMEIER (J.), PROEMPER (E.),...
ANNEXES
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1 À lire également dans nos bases
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2 Outils
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3 Événements
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4 Annuaire
- 4.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive) 4.1.1 Extrudeuses monovis
- 4.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
- 4.3 Documentation – Formation – Séminaires (liste non exhaustive)
- 4.4 Laboratoires – Bureau d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
4.1.2 Extrudeuses corotatives
4.1.3 Extrudeuses contrarotatives interpénétrées
4.1.4 Extrudeuses contrarotatives non interpénétrées
1 À lire également dans nos bases
VERGNES (B.), PUISSANT (S.) - Extrusion – Extrusion monovis (partie 1). - [AM 3 650] Traité Plastiques et Composites (2002).
VERGNES (B.), PUISSANT (S.) - Extrusion – Extrusion monovis (partie 2). - [AM 3 651] Traité Plastiques et Composites (2003).
VERGNES (B.), CHAPET (M.) - Extrusion – Procédés d'extrusion bivis. - [AM 3 653] Traité Plastiques et Composites (2001).
KOOPMANS (R.) - Défauts d'extrusion. - [AM 3 657] Traité Plastiques et Composites (2002).
NIVON (M.), SANLIAS (G.) - Sécurité dans les techniques d'extrusion....
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