Brevet FR2006830A1 — publié le 19700102

Lfinvention se rapporte à la transformation d'urne poly— oléfine sous forme solide pulvérisée ou pulvérulente, à faible densité apparente, en une forme plastifiée par la chaleur ou densif iée et à densité apparente relativement grande. Elle a trait 5 plus particulièrement à un procédé permettant d'accroître la capacité de production et à tin procédé de réglage d'un mélangeur continu utilisé pour la densification des polyoléfiaes en présence de liquides vaporisables. Les polyoléfines sont fréquemment obtenues sous la forme 10 de poudres duveteuses à faible densité apparente. On entend par "densité apparente* d'une poudre ou matière granulaire, le poids par unité de volume total d'une couche de la matière p&rticulaire, les vides contenus dans les particules solides ou compris entre ces particules étant généralement remplis d'air à la prsssion 15 atmosphérique. Par exemple, la densité apparente'd'une poudre de polyéthylène obtenue par le procédé dit "Ziegler" peut être comprise entre 32 et 320 g/dm3, suivant les conditions â® préparation tandis que la densité réelle du polymère est de l'ordre de 880 à 980 g/dm3. Dans les poudres à faible densité apparente de cette 20 nature, une proportion allant de 60 à plus de 95 i<> du volume apparent est constituée par des vides remplis d'air. Pour utiliser le polyéthylène en poudre ou en granules solides à faible densité apparente en vue de le transformer en articles utiles par formage à chaud, par exemple par moulage par 25 injection ou par extrusion ou équivalent, il est nécessaire de faire fondre les particules solides du polymère pour éliminer l'air des espaces vides et pour souder les particules du polymère par fusion pour les transformer en une masse homogène plastifiée par la chaleur et sensiblement exempte de vides remplis de gaz. Ce 30 traitement de fusion, qui est généralement qualifié de "densifi— cation", est habituellement nis èn oeuvre dans un dispositif mélangeur dans lequel le polymère pulvérisé est pétri à une température suffisamment élevée pour provoquer la fusion. Etant donné que ce traitement de densification est habituellement mis en oeuvre en 35 présence d'air, le polymère est soumis à une dégradation par oxydation qui se traduit fréquemment par une détérioration des propriétés physiques. 69 12802 2 2006830 Pour résoudre ce problème, on procède à la densifieatio® en présence d'un liquide vaporisable à la température de fusion de la polyoléfine particulière considérées Ce liquide que l'on appelle quelquefois liquide de transfert de chaleur exerce une double fonc L'invention a donc pour but d'apporter un procédé perfee«-» tioané de densification ou plastification par la chaleur d'une poudre de polyoléfine en présence dsun liquide vaporisable® 20 L'invention a encore pour autre but d'apporter un procédé permettant d'accroître la capacité de production d'un, mélangeur continu utilisé pour la densification de poudres de polyoléfines, en présence de liquides vaporisables tels que l'eau. L'invention, a encore pour autres buts d'apporter un procédé permettant de ré— 25 gler, sur un plus large intervalle, la température de fusion d * un produit qui sort d'un mélangeur continu» Ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront au cours de la description détaillée et qui ressortent des revendications, peuvent être atteints par addition à la poudre de 30 polyoléfine qu'il s'agit de fondre et de densifier dans un mélan^ geur continu en présence d'un liquide vaporisable, des particules d'une polyoléfine d'une dimension supérieure à celles des grains de la poudre de polyoléfine0 L'invention est illustrée par les exemples suivants qui 35 ne doivent aucunement être considérés comme limitatifs de la portée de cette invention. Le terme de "poudre" est utilisé dans le présent mémoire pour décrire une polyoléfine en particules qui 69 12802 3 2006830 'passent au tamis à mailles de 0,25 mm. Le terme de "particules", qui est défini plus exactement dans la suite, se rapporte d'une façon générale à de petits morceaux de.résine polyoléfinique qui sont de dimensions supérieures à celles des grains de la poudre 5 qui est décrite plus haut, de sorte qu'ils sont retenus sur le tamis à mailles de 0,25 mm. Le mélangeur continu utilisé dans les exemples est un appareil de petite capacité de production, fabriqué par la Farrel Corporation D'Ansonia, Connecticut, Etats-Unis d'Anérique et il est incorporé dans une ligne de production nor— 10 aale. Il a un rotor d*un diamètre de 101,6 mm. Bans un mélangeur continu, par opposition à un mélangeur travaillant par charges séparées ou mélangeur discontinu, les éléments à mélanger, à faire fondre, etc, sont régulièrement introduits dans une trémie à une extrémité et constamment déchargés par l'autre extrémité. Le poly-15 mère peut être introduit de façon continue ou intermittente, suivant line technique de déversement très rapide par charges séparées, suivant laquelle on introduit les charges de polymère à intervalles de 15 à 20 secondes ou moins* Sans le cas d'une poudre de polyoléfine, par exemple, la matière pénètre sous la forme d'une pou— 20 dre duveteuse à faible densité apparente et elle sort du mélangeur sous la forme d'une bande continue de polymère fondu. La masse fondue est ensuite débitée à une extrudeuse classique pour y être ensuite transformée en granulés ou équivalents. Exemple 1 25 On introduit en continu dans le mélangeur continu une poudre de résine de polyéthylène préparée par le procédé Ziegler et ayant une densité apparente d'environ 256 g/dm3 en utilisant un alimentateur à gravité Vallace et Tiernan. On ajoute de l'eau au mélangeur à un débit tel que la concentration de l'eau dans le 30 mélange soit maintenue à 1,0 % en poids de la poudre introduite. On adopte les conditions suivantes sur le mélangeur continu : vitesse du rotor 500 T/mn, puissance absorbée 72 diamètre de l'orifice 45,2 mm. On constate que le débit maximal de traitement de poudre qu'on peut obtenir est de 173 kg/h. Par ailleurs, la teapé-35 rature Minimale de la matière est de 200°C. Exemple 2 On répète l'expérience de l'exemple 1 en adoptant essen— 12802 4 2006830 tiellement les mêmes conditions de travail. On introduit en continu dans le mélangeur des particules dé polyéthylène préalablement densifiées et qui, dans ce cas, sont des granulés de polyéthylène, d'une forme cylindrique et ayant un diamètre moyen d'environ 2,54 ram, et un rapport L/D d'environ 1, à un débit tel que ces granulés représentent. 7,5 i° en poids de la masse combinée, composée de la poudre et'de l'eau, qui est introduite dans le mélangeur, la teneur en eau étant maintenue k 1,0 ^ en poids. On augmente le débit de transformation de la poudre par rapport à celui de l'exemple pour le porter à 278 kg/h. Ceci représent* un accroissement de débit supérieur à 60 fo. En outre, il est possible de régler la température de la masse fondue à 175°C, c'est-à-dire une température inférieure de 25°C à celle adoptée à l'exemple t. Ainsi que les exemples donnés ci-dessus l'indiquent clai»* rement, l'application de la présente invention entraîne un accroi»* sement considérable de la quantité de poudre qu'il est possible de traiter, c'est-à-dire de densifier, par unité de temps. Dans les opérations à l'échelle industrielle, les avantagea de l'invention sont évidents. L'addition continue de particules permet également de régler la température de la matière sur un intervalle plus large. La possibilité de régler la température de la matière est très importante, du fait que les températures excessivement élevées conduisent à une détérioration générale des propriétés physiques du polymère, ce qui est dû principalement à l'oxydation et, dans .les cas extrêmes, à la réticulation. La présente invention a été décrite dans son application à la poudre de polyéthylène préparée par le procédé Ziegler ; toutefois, il est évident qu'elle est également applicable à d'autres polyoléfines pulvérisées à basses densités apparentes, ayant un indice de fusion compris entre 0,001 et 50, comme, par exemple le polypropylène préparé par le procédé Ziegler, les copolymères d'é-thylène et autres monomères polymérisables tels que les alpha-oléfines également préparés par le procédé Ziegler. On peut citer comme exemples dé ces derniers, les copolymères d'éthylène et de butène—1, de pentène-1, d'hexène-1, etc. En général, l'invention est applicable à n'importe quelle poudre de polyoléfine dont la densité apparente est comprise entre 32 et 320 g/dm3 ou plus et 69 12802 5 2006830 plus particulièrement entre 176 et 320 g/dm3 et ayant une dimension telle qu'il passe au tamis à mailles de 0,25 mm. Pour la mise en oeuvre de l'invention, il n'est pas nécessaire que les particules de la polyoléfine ajoutée à la poudre 5 soient de même nature que la poudre qu'il s'agit d® densifier« Par exemple, les particules peuvent être composées de polypropy-lène et la poudre d'un homopolymère ou eopolyiaère d* éthylène ou vice-versa» Le procédé est particulièrement applicable à la dessiccation de la poudre d'homopolymères et de copolymères produits 10 par le procédé Ziegler. Lorsque la poudre de polyaléfiae à densif 1er est faite de polyéthylène, il est préférable que les particules ajoutées soient également composées dsun polyéthylène. La quantité de particules ajoutées peut varier entre environ 0,5 et environ 30 fo en poids de la poudre introduite dans 15 la mélangeur, les proportions comprises entre 3.et 25 % étant nor« malement préférées. Ce dernier intervalle est particulièrement préféré lorsque la poudre et les particules sont toutes deux.e©m=»" posées de polyéthylène. Les particules peuvent être ajoutées, soit en continu, soit par intermittence, à intervalles réguliers par 20 petites charges, la seule condition à remplir étant qu© la coneca= tration de ces particules dans le mélangeur soient saintemies s un niveau à peu près constant. Les partielles de polyoléfine aj©u*~ tées qui sont de préférence constituées par des particules d'une polyoléfine qui ont été préalablement densifiées peuvent être de 25 forme régulière ou irrégulière. La dimension des particules de la polyoléfine qui sont ajoutées peuvent être suffisamment grandes pour être retenues, sur le tamis à mailles de 0,25 mm. Pour la mise en oeuvre de la présente invention, il est préférable d'utiliser les particules habituellement désignées sous le nom de 30 "granulés" ou "pellets". C'est-à-dire sous la forme d'une résine polyoléfine qui a été extrudée .sous la forme d'un boudin continu de section circulaire st découpé en petits segments pour former des morceaux cylindriques d'un diamètre compris entre environ 1,8 mm et 3,3 mm avec un rapport L/D compris entre environ 0,5 et 2,0. 35 On peut également utiliser avec des résultats tout aussi bons des granulés ayant la forme de cubes ou de sphères. Le liquide utilisé dans le traitement doit être vapori— 69 T2802 6 2006830 sable à la température à laquelle le polymère subit sa fusion» Bien que le liquide préféré soit l'eau, on peut également employer d'autres liquides comme, par exemple des mélanges d'eau et d'un glysol tel que 11éthylène-glycol. On peut également utiliser d'au-5 très liquides polaires tels que les alcools aliphatiquea inférieure* soit seuls soit en mélange avec l'eau. Les alcools appropriés conj-= prennent le raéthanol, 1*éthanol, le propanol et équivalent. La quantité du liquide peut être comprise entre environ Ost et environ 10 fo en poids de la poudre introduite dans le mélangeur. 10 Toutefois» on préfère utiliser une quantité de liquide comprise entre environ 0,5 fa et environ 2 % en poids. La température à laquelle la densification du polymère est exécutée, c'est-à-dire la température de fusion peut être comprise entre 150 et 300°G, suivant la nature du polymère partieu— 15 lier qui est traité. Toutefois, la densification est mise en oeuvre à une température comprise entre environ 170 et enviroa 270®0 et, lorsque la matière densifiée est le polyéthylène et que les particules utilisées sont également composées de polyéthylène, ee dernier intervalle de température est particulièrement avantageuse 20 Pour la mise en oeuvre du procédé perfectionné décrit, on peut ajouter éventuellement au mélangeur continu divers addi-tifs pour les homogénéiser avec la polyoléfine. Ces additifs com-= prennent des anti—oxydants, des additifs de glissement, des agents anti-statiques, des charges, etc. 69 12802 7 2006830 REVENDICATIONS 1. Procédé continu de transformation d'une poudre de polyoléfine solide ayant une faible densité apparente et une dimension telle que la poudre passe au tamis à mailles de 0,25 mm, en une masse plastifiée par la chaleur et densifiée, procédé dans 5 lequel la poudre de polyoléfine solide est introduite dans un mélangeur continu puis chauffée jusqu'à fusion en présence d'une quantité de liquide représentant 0,1 à 10 $ en poids de la poudre pour éviter la dégradation de la polyoléfine, ce liquide pouvant Stre vaporisé à la température de fusion de la polyoléfine, pro-10 cédé caractérisé par le fait qu'on ajoute aù mélangeur des particules de polyoléfine.' ayant uns dimension supérieure à celle de la poudre de polyoléfine» 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité de particules de polyoléfine qui est ajou-15 tée est comprise entre 0,5 et 30 $ en poids de la poudre de polyoléfine introduite dans le mélangeur* 3* Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le liquide est présent dans le mélange en une quantité comprise entre environ 0,5 et environ 2 $ du poids de la 20 poudre de polyoléfine* 4* Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le liquide est l'eau* 5* Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la température est comprise entre 150 et 300°C. 25 6* Procédé suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que les particules de polyoléfine ont une dimension qui est retenue sur le tamis à mailles de 0,25 mm. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les particules de polyoléfine sont de forme cylindri— 30 que et ont un diamètre compris -entre environ 1,78 mm et environ 3,3 mm et un rapport L/D compris entre environ 0,5 et environ 2,0* 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que la poudre de polyoléfine est un polyéthylène* 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par 35 le fait que la densité apparente de la poudre de polyoléfine est comprise entre 176 et 320 g/dm3. 12802 8 2006830 10. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par le fait que les particules de polyoléfine sont composées d'un polyéthylène.