Brevet FR2050116A1 — publié le 19710326

i 2050116 La présente invention concerne un procédé de séparation d'un polymère d'une composition liquide contenant ce dernier et des constituants volatils. Dans la préparation des polymères,par exemple par polyméri-5 sation en masse et en solution ou par d'autres procédés classiques, des quantités considérables de composés de départ, comme de monomère qui n'a pas réagi ou de solvant, restent en mélange avec ou sont entrainées dans le produit polymère. Cette contamination du polymère est indésirable car elle se traduit par une altération 10 des propriétés du polymère,comme cela est bien connu. Un procédé usuel de séparation du polymère de ces compositions fluides consiste à dévolatiliser celles-ci. Un tel procédé de dévolatilisation et l'appareil pour sa mise en oeuvre sont couverts par le brevet des Etats-Unis d'Amé-15 rique n° 3 395 746. le procédé décrit à ce brevet consiste à dévolatiliser des solutions de polymère par détente rapide dans une enceinte sous basse pression pour former un boudin de polymère mousse descendant librement dans cette enceinte et par compression mécanique de ce boudin en faisant passer celui-ci entre une 20 paire de cylindres. Un autre procédé et un autre appareil pour réaliser une telle dévolatilisation sont décrits dans le brevet français N2 1 548 118. .Ue procédé et cet appareil pour dévolatiliser 25 les solutions de polymère font appel à une vis conique ajustée étroitement dans un cylindre. On admet la solution dans le cylindre; elle mousse et la mousse est comprimée au cours de sa progression le long de la vis conique, on évacue les vapeurs et on retire de l'appareil un polymère concentré. 30 Bien que ces procédés et appareils antérieurs conviennent pour dévolatiliser des compositions liquides de polymères, ils présentent certaines limitations inhérentes au procédé. l'élimination des composés volatils des solutions polymères est intimement liée à la qualité du produit polymère final 35 et cette élimination est, par conséquent, essentielle. Il en est résulté que la dévolatilisation a été, à un degré notable, un facteur $e limitation de la capacité de production totale en poly-mère. Récemment, on a recherché l'augmentation de la capacité de 21016 2 2050116 production d'installations existantes et la création de nouvelles installations de capacité de production élevée. Dans la mise en oeuvre des procédés et appareils de dévolatilisation antérieurs, rappelés ci-dessus, pour des taux d'admis-5 sion supérieurs nécessaires pour l'augmentation de la capacité de production, il n'a été possible de réduire la teneur en composés volatils que d'environ 15-30^ à environ 1-3$. Il se trouve, cependant, que la réduction de la teneur en produits volatils doit être effectuée jusqu'à moins de 1 i° et, de préférence, moins de 1C 0,5 1 Par conséquent, il faut disposer d'un procédé qui réalise rapidement et plus efficacement la dévolatilisation, de manière à réduire au minimum les limitations de capacité de production imposées par le procédé. La présente invention se propose donc principalement de 15 fournir un procédé et un appareil qui soient capables de réaliser plus rapidement et plus efficacement la dévolatilisation de solutions contenant un polymère permettant des débits supérieurs et, de ce fait, une capacité de production accrue. Les autres caractéristiques et les avantages de l'invention 20 ressortiront plus clairement de la description qui va suivre. Suivant une caractéristique de l'invention, celle-ci couvre un procédé de séparation des composés volatils d'une composition liquide contenant un polymère et des constituants volatils, ce procédé consistant à faire passer cette composition dans une première 25 zone de dévolatilisation maintenue à une pression réduite pour vaporiser et classer les constituants volatils et donner une composition partiellement dévolatilisée, à chauffer cette dernière, à y introduire un agent moussant' et à faire passer la composition résultante dans une seconde zone de dévolatilisation maintenue à une 30 pression réduite pour vaporiser et chasser le reste des constituants volatils et donner une composition entièrement dévolatilisée. Suivant une autre caractéristique de 1'invention,celle-ci couvre un appareil pour la séparation des composés volatils d'une composition liquide contenant un polymère et des constituants volatils, comprenant.: une première enceinte de dévolatilisation maintenue à \me pression relativement réduite et comportant un moyem d'admission de la composition, un moyen d'évacuation et un moyen, de compression combiné au moyen de soutirage; une seconde enceinte 35 70 21016 3 2050116 de dévolatilisation maintenue s une pression relativement réduite et comportant; un moyen d'admission de la composition, un moyen d'évacuation et un moyen de compression combiné au moyen de soutirage; e~ aes moyens de chauffage et de dispersion de l'agent 5 moussant situés entre la première et la seconde enceinte de dévolatilisation pour, dans un stade intermédiaire, chauffer et disperser l'agent moussant dans la composition entre le premier et le second stade de dévolatilisation. La portée et l'intérêt de l'invention ressortiront plus 10 clairement de la description qui va suivre,faite en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 est un schéma montrant l'assemblage des différentes unités constituant l'appareil selon l'invention; la figure 2 est un schéma illustrant les stades opératoi-15 res du procédé de 1'invention;et .la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un appareil , . , selon , pour la mise en oeuvre du procédé de devolatilisation/l'invention. En se référant à ces figures,on préchauffe d'abord la solution de polymère (S; contenant les produits volatils, dans un 20 préchauffeur (Pc), comme cela est illustré au stade 1 du schéma de la figure 2. La solution de polymère préchauffée est ensuite introduite dans une première enceinte de dévolatilisation par détente (Dvl), maintenue à une pressic-ii réduite; il en résulte la vaporisation aes matières vo2iCiles et leur évacuation en V et le 25 moussage de la solution de polymère, favorisant ainsi un nouveau dégagement des matières volatiles (stade 2). On récolte ensuite la mousse de polymère eJ la comprime après son soutirage de l'enceinte de'dévolatilisation. Le stade de dévolat. ilisation et le suivant consistant à ré-30 colter et a comprimer la mousse (stade 3) peuvent être effectués suivant 1 un quelconque des procèdes oim connus. Deux de ces procédés sent décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique et dans J.a demande de brevet aes Etats-Unis d'Amérique précités,, On rechauffe la mousse comprimée (stade 4) de toute manière appropriée connue et on ajoute un agent moussant par l'intermédiaire d'un moyen de dispersion approprié (Acrn - figure 1). 70 21016 HAD ORIGINAL 2050116 7. • litre-lue tio;: : '•=£(?:: .... ftants, comme l'eau, dans les s o lut i or? cic polymère, ro-.'.r o-. i-oir une dé volatilisation ultérieure plus efficace, a été décrite dans la demande de brevet des Etats-TJr.i."5 d'.Lr?/. r içue a°b9:ï 08? du 26 décembre 196V déposée par T.T.SZABO. 5 !>•_**.n re rrccédê. 1 'ager.t noussaat est mélangé à la solution avant 1 1 :i vf'i ne celle—ci à la rhi.m'cre de dévolatilisation, comme décrit J.V. ' p.rt Ultérieur, Un appareil convenant à la dispersion de ".4ct^er.-; nom.hfjiv dans la .solution de polymère est décrit dans la iemanco de brevet des "Jtats-Unis d'Amérique n° 704 639 déposée le ! C- 12 février 4 063 par * .J, lIITi'jEEIEL. Dans cette demande, il est décrit un procédé pour disperser de façon quelconque un fluide dans une masse fondue ou une solution d'un polymère de haute viscosité, en in~rciuisant un mélange de ce flaide et de ce milieu visqueux de polymère dans une zone de mélangesge, en admettant le mélange 1 à travers des orifices tournant rapidement et en soumettant le mélange à un intense gradient de cisaillement suivi d'un mélange caractérisé par une fluidité secondaire viscoslastique. Cette demande de brevet décrit aussi un dispositif pour disperser un fluide dans une masse fondue ou une solution d'un polymère, comportant une 20 enceinte cylindrique munie d'au moins '.ine unité de dispersion à disques rotatifs comprenant une série de disques pleins alternant avec une série de disques perforés. Apres l'addition de l'agent moussant (stade 5),on admet la matière polymère dans une seconde enceinte de dévolatilisation par 25 détente (Dv2 - stade 6) maintenue sous des conditions opératoires analogues a celles de la première enceinte de dévolatilisation décrite ci-dessus. Après la dévolatilisation dans cette seconde enceinte, la mousse résultante est à nouveau récoltée et comprimée (stade 7) pour donner le produit final dévolatilisé (Sd). 30 En général, on a besoin de chauffer la solution de polymère avant les stades de moussage. Ce chauffage doit fournir au moins une partie de la chaleur latente de vaporisation des constituants volatils, de telle sorte qu*après détente la température de la solution polymère résultante soit au-dessus de la température de transition vitreuse. Ceci donne une structure de mousse à cellules ouvertes 35 qui permet le dégagement des vapeurs. Il est a noter que cette limite minimale de température s'applique à la mousse après détente. Des températures supérieures à cette valeur minimale sont avantageuses, étant donné qu'elles abaissent la concentration d'équilibre des matières volatiles dans la mousse. De même,il est probable qu'elles 40 améliorent quelque peu la structure de la mousse. Le procédé lui-même n'impose pas de limite supérieure définie de la température. Pour des systèmes polymères particuliers, la limite 21016 BAD ORIGINAL 2050116 supérieure de Température est : • \,-e car des questions de stabilité thermique eu de polymérisation supplémentaire susceptibles de se produire au cours du chauffage. ?our ce qui est do ' ■ '..-nsité d'introduire, en un stade :n" lairs. ur. a^ent ,. it vole de ce dernier est dou- 1. "1 donro lieu à ur volume de mousse plus grand (et de vs fa:."; ^ ur.e plus grande surface active) que celui qu'il est 3033-.br.3 d'obtenir 'à la nëxc- tciirérature et sous la même pression) 4 C av'?: ".es seuls cons r.tuarvolatils qui seraient autrement pré- 2. Il abaisse la presc--/..un [.artielle des autres constituants volatils (produits volatils rés-duels} et il abaisse ainsi leurs concentrations à 1 équilibre dans la solution mousse du polymère. 15 II est possible d'obtenir une certaine réduction des matières volatiles résiduelles au cours de la seconde détente sans ajouter d'agent moussant. Cette réduction (suffisante ou non) dépend des qualités recherchées du produit. Dans les trois systèmes dont il est question dar.s Z.es exemples oi-dessous, l'agent moussant intro-20 duit (l'eau dans les treis cas , contribue efficacement à la dévo-l.at ilisaticn. Dans le du polystyrène (Exemple I), la conduite des opérations de façor analogue, u;ai s sans injection d'eau,donne des concentrations c.e styrène résid-jè] d'environ \%. L'injection d'eau réduit cell'js-c '. ? c.2ï-. 25 II £ est avéré, peur ce qui des séquences de chauffage et de dispersion selon le procédé de l'invention (stades 4 et 5) que ,l& sécu^r.co cui convient le m:eux consiste à procéder au stade de chauffage :ntermediaire de la solution du polymère avant de disperser l'agent moussant dans celle-ci. Il est cependant possi-30 b'ie d'inverser cet orare et de c isperser d'abord l'agent moussant puis de chauffer la solution dû polymère avant le second stade de dévolatilisanon. Toutefois, dans ce cas, il sera nécessaire de chauffer et ce prooécrr au second stade de dévolatilisation à des P""essioir bien suuéî'.eures 9 celles nécessaires lorsqu'on procède ?'? s-ii.-ant .a ?équ £!n se référ-a-'t rra:nter.;it1. tout spécialement à l'appareil "1 '-str". a fi "j.Te ', îe la matière polymère dans le 70 21016 6 2050116 réchauffeur 10 et on l'introduit dans l'unité d'extrudage et de dévolatilisation 12. Elle est introduite sensiblement à mi-filet de la vis K de l'extrudeuse de manière que les matières volatiles, après compression du polymère par la vis, puissent s'échapper en 5 amont, par les évents V' et quitter 1'extrudeuse servant aussi à la dévolatilisation. La solution polymère passe ensuite dans un malaxeur 16 et elle sort de l'extrudeuse de dévolatilisation 12 par une première .des dérivation 18 sous l'action / filets d'une vis 20 de pas inverse 10 de celui de la vis 14. La matière traverse la dérivation 18 et elle est introduite à nouveau dans l'extrudeuse 12 à mi-filet de la deuxième vis 22 servant à la dévolatilisation pour réaliser une nouvelle compression et un nouveau dégagement des constituants volatils qui s'échappent en amont par les évents V" et quittent 15 l'extrudeuse 12. La matière passe ensuite dans la section 24 de dispersion à disques rotatifs dans laquelle l'agent moussant, tel que l'eau, est ajouté. La solution polymère est ensuite à nouveau déchargée du dispositif d'extrusion-dévolatilisation par une seconde conduite de 20 dérivation 26 sous l'action d'une seconde vis à pas inversé 28. On réalise un second .chauffage dans le réchauffeur 30,après quoi dans l'exxruaefise 12 la matière est introduite à nouveau/sensiblement à mi-filet dans la troisième vis de dévolatilisation 34 pour réaliser l'élimination finale des matières volatiles qui passent en amont le long de 25 cette vis pour être évacuées par les évents V''' et quitter l'extrudeuse de dévolatilisation 12. Le produit dévolatilisé final est soutiré de l'appareil 12 par un dispositif d'évacuation 36. Le procédé et l'appareil de l'invention sont applicables à la dévolatilisation d'une grande variété de solutions de polymère. 30 Des exemples de dévolatilisation de solutions de polymères particuliers sont donnés ci-après. Dans ces exemples, les stades indiqués sont désignés comme dans la figure 2. 70 21016 7 2050116 Matière de départ : Exemple 1 polystyrène modifié au caoutchouc 2G^: styrène résiduel 1 »-? . c rx 1 / v. u . m du stade 1 C 15 20 30 1) 200° C , un certain abaissement .ia la teneur en styrène par suite d'une polymérisation supplémentaire, 2) "pz, 2fc styrène résiduel ^ 1S0°0 I'- >0 mit H g 3) 2/é styrène résiduel 200 °C A noter qu'un certain réchauffement se produit par l'action mécanique pendant la compression de la mousse. De même, le broyage mécanique peut conduire à une certaine réduction de la teneur en styrène résiduel. 4) 2$ styrène résiduel 2 S 0 0 C. La polymérisation pendant ce stade pwit donner une légère diminution de la teneur en styrène résiduel. 5/ 2aa styrène résiduel 1 % eau 2^. 245°C. 42 bars au manomètre. 0,2$ styrène résiduel un peu d'eau résiduelle ^ 225°C 10 te m H g 0,2fc styrène résiduel ( produit 250°C l final dévo latilisé . 6; •7 t 70 21016 e 2050116 Matière de départ : : A la fin du stade : 10 15 Exemple 2 polysulfone 30$ monochlorobenzène résiduel 150-160° C 1) 190-200°C 2) 1,3$ monochlorobenzène résiduel 170-180CC t pression atmosphérique 3) 1,3$ monochlorobenzène résiduel 220°C Le réchauffage est réalisé par action mécanique pendant la compression de la mousse. 4) 1>3$ monochlorobenzène résiduel 32C'°C 5) 1,3$ monochlorobenzène résiduel 0,36-1,3$ eau 230-280°C 6) 0,048-0,065$ monochlorobenzène rés iduel un peu d'au résiduelle 230-280° C 300 mm Hg 7: C,046-0,065$ mcnochlo- f produit iobenzène résiduel /final dé- 70 21016 9 2050116 Matière de départ : j A la fin du stade : TJ 15 20 Exemple 3 eopciymère de l'acide acrylique et de 1'é thylène 3^ aciie acrylique résiduel 200°C , 70 bars au manomètre 1) 20C°C 70 bars au manomètre 2) 0,24-0,65$ acide acrylique résiduel 180°C , pression atmosphérique 3 & 4) 0,24-0,65$ acide acrylique résiduel 200°C 5) 0,24-0,65$ acide acrylique résiduel 200° C 1,0-3,2$ eau 26,7-35 bars au manomètre 6) 0,05-0,13$ acide acrylique résiduel un peu d'eau résiduelle 55-120 mm Hg 7) 0,05-0,13$ acide acrylique ( produit résiduel (final dé- (volatilisé I V Z i J 2050116 seve:;:. 2' Procédé de séparation ae matières volatiles d'une compo- li~vic.tï . »vt criant un polymère des constituants volatils, carac- \>)r■ s-- par le fait qu'il consiste à faire passer cette composition r- c'arn )r.~ première zone de dévolatilisation maintenue à pression réduite pour vaporiser et chasser les constituants volatils et donner une composition partiellement dévolatilisée; à chauffer cette dernière et à y introduire un agent moussant puis à faire passer la composition résultante dans une seconde zone de dévolatilisation iC maintenue à pression réduite pour vaporiser et chasser les constituants volatils restants et donner une composition totalement dévolatilisée. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on chauffe d'abord la composition partiellement dévolatilisée 15 avant l'introduction de l'agent moussant. 3) Procédé selon la revendication 1,caractérisé par le fait que la composition liquide est une composition de polystyrène modifié au caoutchouc. 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait 20 que la composition liquide est une composition de polysulfone. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la composition liquide est une composition d'un copolymère d'acide acrylique et d'éthylène. 6) Appareil pour la séparation de matières volatiles d'une 25 composition liquide contenant tin polymère et des constituants volatils, caractérisé par le fait qu'il comprend : line première enceinte de dévolatilisation maintenue à une pression relativement réduite et comprenant un moyen d'admission de la composition, un moyen d'évacuation des vapeurs et de compression combiné au moyen 30 de soutirage; une seconde enceinte de dévolatilisation maintenue à une pression relativement réduite et comprenant un moyen d'admission de la composition et un moyen d'évacuation des vapeurs et un moyen de compression combiné au,moyen de soutirage et un moyen de chauffage et de dispersion d'un agent moussant situé entre la \ de 35 première et la seconde enceintes / dévolatilisation pour chauffer, en un stade intermédiaire, la composition et y disperser l'agent d© moussant entre le premier et le second stades / dévolatilisation. 70 21016 2050116 7) Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le moyen de chauffage intermédiaire est prévu avant le moyen de dispersion intermédiaire de l'agent moussant. 8) Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le de 5 fait que la première et la seconde enceintes / dévolatilisation comprennent chacune une vis d'extrusion et tous les moyens de la première enceinte de dévolatilisation, de dispersion de l'agent moussant et de la seconde enceinte de dévolatilisation sont montés sur un arbre commun d'une extrudeuse de dévolatilisation. 10 9) Appareil pour la séparation de matières volatiles d'une composition liquide contenant un polymère et des constituants volatils,caractérisé par le fait qu'il comprend une première vis de dévolatilisation pour une première compression, un premier dégagement des matières volatiles et leur évacuation en amont : 15 un moyen intermédiaire de chauffage et de dispersion d'un agent moussant dans la composition liquide sortant de cette première vis et une seconde vis de dévolatilisation réalisant la compression finale, le dégagement et l'évacuation des matières volatiles de la composition liquide. 20 10) Appareil selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le moyen intermédiaire de chauffage est situé avant le moyen intermédiaire de dispersion de l'agent moussant.