Brevet FR2007125A1 — publié le 19700102

l'invention concerne un procédé et le dispositif correspondant pour la dégradation de polyisobutylène à poids moléculaire élevé, dans des machines à vis, par action de forces de cisaillement dans trois zones de dégradation reliées entre elles par des zones de 5 transport, les zones de dégradation ' oomportamt chacune un interstice étroit délimité par deux surfaces de révolution d'axe commun et mobiles 1*une par rapport à l'autre. Il est connu de dégrader du polyisobutylène par action de forces de cisaillement. Selon le brevet anglais 716 706, on peut, par exemple, dégrader du polyisobutylène dans des calandres à caoutchouc^ à une température élevée. Selon un autre procédé non encore publié, on peut dégrader des polymères stabilisés à la chaleur dans des machines monovis, dans lesquelles on crée un champ de cisaillement dont le gradient de vitesse est inférieur à 1 500/secondes. Dans ce 15 cas, il est avantageux de produire la chute de cisaillement le long d'un cylindre de friction monté sur l'axe de la vis. l'utilisation de cylindres de friction de ce genre a déjà été proposée lorsqu'on veut traiter, de façon ménagée, des matières plastiques à mélanger avec des additifs, (brevet allemand 1 167 009)» 20 Pour diriger la dégradation du polyisobutylène, selon les procédés cités, de façon à obtenir les produits finis désirés, il est nécessaire, soit de procéder très lentement à la dégradation, soit de maintenir très rigoureusement des conditions de dégradation définies. C'est ainsi que de faibles variations de température à l'in-25 térieur du carter de la machine à vis peuvent conduire à des écarts très importants dans le degré de dégradation. lin dosage irrégulier du produit peut également facilement modifier le processus de dégradation* Des variations de ce genre ne peuvent être que difficilement éliminées de la marche «n continu. Une addition régulière du produit 30 est rendue difficile, notamment par le fait que lé polyisobutylène à poids moléculaire élevé ne peut être ajouté que sous forme de bandes irrégulières ou de copeaux, en raison de sa nature similaire à celle du caoutchouc et de sa tendance à coller. l'invention résoud ce problème de la dégradation du polyisobuty-35 lène à poids moléculaire élevé, dans une machine à vis, sous l'action dfun champ de cisaillement, et permet d'obtenir, même avec de faibles variations de température dans l'enveloppe ou d'addition du produit, un degré de dégradation uniforme, c'est-à-dire un produit fini homogène* 40 Cette dégradation uniforme est obtenue grâce à un procédé selon 69 13244 2 2007125 lequel on utilise, dans la machine à vis, trois zones de dégradation délimitées par des surfaces de révolution et qui est caractérisé, conformément à l'invention,en ce que l'on maintient dans la première zone un champ de cisaillement présentant un gradient de vitesse de 5 100 à 300 see~^, à une température de 200 à 280°C, dans la deuxième zone un champ de oijajiillement présentant un gradient de vitesse de 300 à 700 sec""^, à une température de 250 à 350°C et, dans la troisième zone, un champ de cisaillement dont le gradient de vitesse, à une température de 150 à 350°C, est inférieur à celui de la deuxième 10 zone* le dispositif pour la dégradation du polyisobutylène à poids léculaire élevé est constitué d'un carter, ou enveloppe, et d'un arbre muni de plusieurs filets de vis et de sections sans filets de vis, et ce dispositif est caractérisé, selon l'invention, en ce que 15 l'arbre de la vis présente trois sections formant cylindres de friction à surface lisse et disposées entre les sections occupées par les filets de vis, l'écartement entre le cylindre et l'enveloppe, dans la première section»étant, au m1.ni.mum, une fois et demie etv au maximum, quatre fois l'écartement entre le cylindre et l'enveloppe 20 dans la deuxième section, et le diamètre du cylindre dans la troisième section étant plus petit que dans la deuxième seqt|.onf| Comme matière de départ pour la dégradation, oxl peut utiliser le polyisobutylène à poids moléculaire élevé préparé de façon usuelle*' dont le poids moléculaire (moyenne de viscosité dérivé de la 25 relation : s 4 i -4 est supérieur à 1 000 000* Ce polyisobutylèja* peut être concasser | dans des machines à granuler ou dans des machines à découper, en I bandes ou copeaux en vrac adhérent;' les uns aux autres. On Ifimtro- j 30 duit sous cette forme dans la machine à dégrader* I Selon l'invention, on réalise la dégradation à l'aide de forces ' de cisaillement, en deux stades* Après l'introduction dans la machi*» ne, le produit brut traverse la première zone de transport, dont la longueur est d'environ 3 Puis il attfàkàg& la première zone de 35 friction avec une portion d'arbre de vis dont la surface latérale est cylindrique ou faiblement conique et qui agit comme un cylindre de friction* La distance entre la surface latérale et la paroi de ï*enveloppe est calculée de façon que, dans les conditions de fono* tionnement, il se produise une dégradation, mais que celle-oi ne . * vt BAD , (VI - 3.06 f 10-+ . s/'65) i 69 13244 3 2007125 conduise pas plus loin qu'un poids moléculaire d'environ 300 000« le produit alors très visqueux est amené, à travers une deuxième zone de transport d'une longueur d'environ 3 D, à un deuxième cylindre de friction, dont, conformément à l'invention, l'écartement, 5 par rapport à l'enveloppe de la machine à vis, est 1,5 à 4 fois plus petit que celui de la première zone de friction. Dans cette deuxième zone de friction le produit est ainsi plus fortement dégradé, à savoir jusqu'à un poids moléculaire compris entre 50 000 et 100 000« le produit alors liquide est amené, en passant par une 10 troisième zone de transport dont la longueur est éncore environ 3D, à une troisième zone de friction comportant un cylindre, dont la distance de la surface latérale à l'enveloppe de la machine à vis est égale ou inférieure à la distance entre le deuxième cylindre et l'enveloppe de la machine. 0e troisième cylindre de friction homo-15 généise le produit dégradé, les longueurs des cylindres de friction sont avantageusement d'environ 2 à 4 D. l'enveloppe, ou carter, de la machine à vis doit comporter des zones de chauffage et de refroidissement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 20 Dans les portions du cylindre de vis qui se trouvent dans la zone des cylindres de friction, on maintient avantageusement des températures à peu près égales aux températures du produit atteintes grâce à la chaleur de friction. Dans la première zone de friction, on maintient la température entre environ 240 et 280°0, dans la 25 deuxième zone entre environ 290 et 330°Co Dans la zone de transport faisant suite à la deuxième zone de friction, on peut obtenir une dégradation plus poussée en maintenant une température élevée. On peut cependant, à cet endroit, également refroidir j pour ne pas obtenir une dégradation plus poussée, l'enveloppe de la vis, à l'en-30 trée, ainsi que la tête de sortie sont avantageusement refroidies. Avec le mode opératoire indiqué, la température peut faiblement varier sans que le degré de dégradation . s'en ressente sensiblement» C'est ainsi que des variations de températures du cylindre de - 10°C restent sans influence notable sur la dégradation# 35 On choisit, de préférence, la longueur de la vis de telle façon qu'à la suite de la zone de dégradation et d'homogénéisation, on puisse prévoir encore une zone de refroidissement. On arrive ainsi à des longueurs de vis de 27 à 32 D» Il est avantageux de prévoir une zone de refroidissement pour refroidir le produit sortant, de 40 telle sorte qu'une dégradation postérieure ne puisse plus avoir 4 2007125 69 13244 lieuo La température du produit sortant doit être inférieure à 270°0. A la suite de la troisième zone de friction, il peut encore être prévu, de façon connue, une zone de dégazage, dans laquelle on 5 peut éliminer les produits gazeux et à bas point d* ébullition, qui se forment pendant la dégradation. Le nouveau procédé permet de dégrader en continu, "jusqu'à des poids moléculaires inférieurs à 200 000, du pol^isofeiatjlène à poids mclêculairc élevé av©e des débits élevés, de fagoa '«aaiforse 10 et reproductible« 1® procédé rend la dégradation en grands partie indépendante de variations dues au hasard en ce qui concerne la température et le temps de séjour du produit, telles qu'elles peuvent toujours apparaître dans le déroulement du processus en continu.» Les viscosités en solution des polyisobutylènes à bas poids molécu-15 laires obtenus avec le procédé s'écartent, en marche continue, d'au maximum 5 par rapport à la valeur désirée. Sur la figure unique du dessin annexé est représentée, à titre d'ezOHiple, une machine à vis selon 1* invention comportent ssenf sosiea La machine à vis 7 utilisée a une longueur 28 D (D = 120 sa) et -20 est montée rotative dans une enveloppe, ou carter,8. En partant de la trémie d*entrée 9? et en allant vers la tête de sortie 10t 1s sa-chine 7 est constituée de la façon suivante : Zone 1 la zone d'entrée et de transport t longueur 625 mm, profondeur de 25 filet 10,2 mm, pas de vis : 120 mm; 1b zone de friction, conique : diamètre du cylindre de friction : extrémité amont : 111,4 mm, extrémité aval : 114*8 mm» Zone 2 2a zone de transport : longueur 360 mm, pour le reste identique S 1 j: 30 2b zone de friction cylindrique : diamètre du cylindre s 117 mm* Zone 3 3a zone de transport : identique à 2a; 3b zone de friction cylindrique : diamètre du cylindre : 115 Ma» Zone 4 35 zone de transport ; longueur 214 mm, profondeur de filet Zone 5 zone de dégazage : longueur 340 mm, profondeur du fil«% s ; ^ f 15,15 mm. 69 13244 5 2007125 Zone 6 zone de transport : longueur 380 mm» profondeur du filet : 5»15 mm» Dans la tête de sortie 10, est montée une filière dont le dia-5 mètre est, par exemple, de 20 mm. la zone de dégazage 5 est munie d'une tubulure de dégazage 11, la capacité de transport de la vis est déterminée par le diamètre de l'arbre de la vis et celui du deuxième cylindre de friction par la profondeur des filets et le pas des vis, ainsi que par la vitesse de rotation de la vis. la limite 10 de capacité de transport est, en général, atteinte au moment oii le produit transporté n'est plus en échange thermique avec le milieu qui l'entoure, les valeurs des vitesses de rotation les plus avantageuses doivent être déterminées pour chaque cas, suivant les dimensions de la machine et le degré désiré de dégradation. Un dépasse-15 ment des valeurs admises se révèle par le fait que la dégradation se déroule de façon irrégulière. Dans ce cas, on trouve dans le produit dégradé des corps gonflés en forme de petites tubérosités et qui présentent un poids moléculaire plus élevé. C'est une caractéristique du procédé selon l'invention que ces limites sont très for-20 tement écartées. C'est ainsi que l'on peut, par exemple, dégrader sans difficulté, à l'aide d'une machine à vis dont le diamètre de vis atteint 120 mm, 100 kg par heure de polyisobutylène d'un poids moléculaire = 4 700 000 jusqu'à un poids moléculaire de = 95000. On obtient, dans ce cas, une valeur limite pour la vitesse de rota-25 tion de la vis d'environ 90 cm/seconde* D'autres détails pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ressortent de l'exemple suivant : T3TRMPT/R : On doit réaliser la dégradation du polyisobutylène dans une machine monovis, telle qu'elle est représentée schématiquement 30 sur la figure et dont les dimensions ont été données plus haut. Pendant la marche, on règle, comme suit, les températures dans l'enveloppe de la vis : Zone 1a : environ 250°0j zone de friction 1b : environ 280°0; zone de friction 2b : environ 313°C; zone de friction 3b : environ 35 310°C. les zones 5 et 6 et la tête de sortie sont refroidies à l'air. Comme matière de départ, en emploie du polyisobutylène à poids moléculaire élevé, atteignant = 4 700 000. On introduit le produit flan» la machine sous forme de bandes d'une longueur de 10 cm, 40 Avec le produit dégradé fini, on remplit des tonneaux par l'intermé- 13244 6 2007125 diaire d'un toyga de sortie relié à la tête de la vis. Pour une vitesse de rotation de la vis de 100 tours par minute, dans les conditions indiquées, on obtient un rendement de 1,72 tonne/jour. Le produit dégradé est obtenu de façon homogène avec des 5 poids moléculaires compris entre 49 000 et 51 000; il est clair et exempt de mousse. La température de sortie atteint environ 265°0, Lors du dégazage, on récupère environ 0,7 # du polyisobutylène■mis en oeuvre sous forme de produits de dégradation facile-. ment volatils. Afin de pouvoir maintenir de façon rigoureuse les 10 températures dans chacune des zones, on dispose côte à côte, de façon connue, sur le carter plusieurs dispositifs de chauffage ou de refroidissement munis d'appareils de mesure de la température. 69 13244 7 200712£> - KBVEroigATIOMS - 1.- Procédé pour la dégradation de polyisobutylène à haut poids moléculaire dans des machines à vis, par action de forces de cisaillement dans trois zones de dégradation reliées entre elles par des zones de transport, les zones de dégradation comportant chacune un 5 interstice étroit, délimité par deux surfaces de révolution d'axe commun, et mobiles l'une par rapport à l'autre, procédé caractérisé en ce que l'on maintient dans la premier© à me tempéraîns?® ûs 200 à 28û°0, un champ de cisaillement présentant tm gradient-d© vi 2»- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la reven-15 dication 1 consistant en un carter, ou enveloppe, et un arbre de vis muni de plusieurs filets de vis et de plusieurs sections ©semp-tes de filets de vis, ee dispositif étant caractérisé ©a co que 1*arbre de vis présente trois section® formant des cylindres de friction à surface lisse, disposées entre les sections occupées par les filôts 20 de vis, l'écartement entre le cylindre de friction ©t 1s earter dans la première section étant, au minimum, une fois et demie et, au maximum, quatre fois l'écartement entre le cylindre et le carter dans la deuxième section, et le diamètre du cylindre de friction dans la troisième section étant, plus petit que dans la deuxième section.