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RÉSUMÉ
Cet article présente les différents procédés de fabrication du PET ou polyéthylènetéréphtalate, et notamment, le procédé ex-PTA en continu, le plus utilisé dans les grandes unités industrielles. Le procédé de postcondensation en phase solide (PCS) est ensuite décrit, car il améliore les performances mécaniques du PET. Puis cet article conclut avec une présentation des dernières innovations dans le domaines de la PCS et par un point sur le recyclage du PET.
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Jean-Pierre QUENTIN : Ancien chef de service ex-Rhône-Poulenc Industrialisation
INTRODUCTION
Dans cet article consacré à la fabrication du PET sont décrits les procédés de polycondensation qui sont mis en œuvre dans les grandes unités industrielles mondiales. Les deux principales voies d’accès à ce polymère se distinguent par la forme chimique de l’un des deux monomères, l’acide téréphtalique (l’autre étant l’éthylèneglycol), au départ de cette synthèse.
L’acide téréphtalique peut être sous forme d’ester méthylique, le téréphtalate de diméthyle (DMT) ou tel quel, sous la forme acide purifiée (PTA). Aujourd’hui, les nouvelles installations exploitent presque uniquement le procédé ex-PTA en continu et atteignent des capacités de production très élevées (180 à 300 000 t/an par ligne), en croissance constante.
Pour les applications courantes, fibres textiles et films, la totalité de la polycondensation s’effectue en phase fondue. Pour les autres applications, les fils industriels et les corps creux, qui demandent de très bonnes propriétés mécaniques, le polyester doit avoir une masse moléculaire élevée qui ne peut être obtenue que par une postcondensation en phase solide (PCS). Celle-ci, s’opérant à plus basse température, limite les réactions de dégradation et permet d’atteindre les hauts degrés de polymérisation exigés.
Il sera également fait état, dans cet exposé, des dernières innovations qui tendent à se développer dans ce domaine de la PCS, en particulier celle proposée par la société DuPont.
Enfin, un point précis sera effectué sur le recyclage du PET dont les caractéristiques chimiques et thermomécaniques autorisent ce type de valorisation.
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4. Postcondensation en phase solide (PCS ou SSP)
4.1 Aspect cinétique
La polycondensation en phase fondue ne permet pas d’accéder à des masses moléculaires très élevées, en particulier, comme nous l’avons vu précédemment 1, à celles qui sont exigées par certaines applications (fils industriels et bouteilles). En effet, à ces températures, voisines de 270 ˚C, la compétition entre les réactions de polycondensation et les réactions secondaires indésirables tourne à l’avantage de ces dernières lorsque la concentration en groupements terminaux réactifs passe au-dessous d’un seuil qui correspond à un degré de polymérisation voisin de 100.
Les énergies d’activation des réactions de dégradation sont nettement plus élevées que celles de la réaction principale de polycondensation. Il en résulte que la vitesse de dégradation du polymère diminue beaucoup plus vite, avec la température, que la vitesse de la réaction de polycondensation. La PCS (polycondensation en phase solide) qui s’effectue à des températures relativement basses, 200 à 220 ˚C, soit une soixantaine de degrés au-dessous de celle de la PCL (polycondensation en phase liquide), rend donc possible l’accès à des masses moléculaires élevées.
Les réactions chimiques qui interviennent au cours de la PCS sont de deux types :
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réaction de transestérification, qui est prédominante :
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Postcondensation en phase solide (PCS ou SSP)
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOSLOWSKI (H.-J.) - Higher capacities for fiber polymers - . Dans Man-made fiber year book (Chemie-Fasern & Textilindustrie), p. 7-14, 5 tabl., Deutsche Fachverlag Gmbh (1988).
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(2) - HO (C.H.) - The advantage of continuous polymerization direct spinning opposite to batch polymerization and screw melter spinning - . Dans Made-man fiber year book (Chemie-Fasern & Textilindustrie), p. 44-51, 7 fig., 1 tabl., bibl. (8 ref.) ; Deutscher Verlag Gmbh (1988).
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(3) - RAVINDRANATH (K.), MASHELKAR (R.A.) - Polyethylene terephtalate 2 - . Engineering Analysis (Analyse Technologique) dans Chemical Engineering Science, 41, no 12, p. 2969-87, 10 fig., bibl. (86 ref.) ; Pergamon Journal Inc. (1986).
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(4) - HUMBRECHT (R.) - Bildung und Rücckbildung des cyclischen Trimers in Polyäthylenterephtalat ; Herstellung eines oligomerenarmen Fadens - . Dans : Meilland Textilberichte, 5, p. 450-4, 5 tabl., 7 fig., bibl. (19 ref.), Meilland textilberichte Gmbh (1980).
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(5) - Van ANDERT (E.) - Technological improvements in continuous PET plants - ....
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