Brevet FR2383972A1 — publié le 19781013

La présente invention a pour objet un perfectionnement aux procédés de polymérisation en solution. Il est connu à l'heure actuelle d'effectuer des polymérisations en solution, qu'il s'agisse de polymérisation anionique, cationique ou radicalaire. Ainsi, la polymérisation anionique d'un monomère oléfinique consiste à faire polymériser lelmonomère dans un solvant ou un mélange de solvants polaires en présence d'un amorceur anionique, puis à faire précipiter le polymère dans un non solvant approprié. Un tel procédé convient parfaitement lorsque le polymère précipité est un produit solide, par exemple sous forme de poudre ou de flocons, qui peut être extrait du mélange polymère/solvant/non solvant de façon simple, notamment par filtration ou par centrifugation. Un tel procédé de convient plus lorsque le polymère précipité n'est pas un solide, mais une masse visqueuse. I1 est alors très difficile d'éliminer convenablement le solvant et le non solvant. Si l'on cherche à éliminer le solvant et le non solvant par évaporation, il se forme une croûte à la surface de la masse du polymère et il est nécessaire de malaxer continuellement un mélange qui est très visqueuxj Par ailleurs, l'évaporation du solvant et du non solvant donne un mélange de deux liquides qu'il faut séparer au cours d'une étape supplémentaire si les liquides doivent être recyclés. Cette étape supplémentaire présentera d'autant plus de difficultés que les températures d'ébullition des liquides seront proches ou que les deux liquides formeront un azéotrope. La présente invention permet de supprimer les inconvénients précités. Elle concerne un procédé de polymérisation mettant en oeuvre un ou pluaieurs monomères, un solvant et un amorceur. Ce procédé consiste à effectuer la polymérisation en solution et à soumettre la solution de polymère obtenue à une évaporation en couche mince de maniere à éliminer le solvant. La récupération du polymère est effectuée en continu. Elle est réalisée automatiquement à l'aide d'un évaporateur à couche mince sous un vide partiel compris entre 200 et 500 mm Hg à une température comprise entre 1000C et 2000C. Cette opération permet de récupérer, d'une part le polymère contenant moins de 1% de matières volatiles, et d'autre part le solvant non pollué avec un rendement au moins égal à 98%. Ce solvant peut être réutilisé directement pour la polymérisation à la sortie de l'évaporateur. Compte tenu du procédé particulier utilisé pour la récupération du polymère, il est indispensable que le mélange réactionnel ne contienne aucun composé qui ne puisse être toléré dans le polymère. I1 est, par conséquent, déconseillé de mettre en oeuvre le procédé de l'invention pour des polymérisations autres que des polymérisations en solution, telles que les polymérisations en émulsion par exemple. Différents polymères ne peuvent être préparés par le procédé selon l'invention. I1 s'agit notamment des polymères thermodurcissables tels que les phénoplastes, les polyesters, et plus généralement de tous les polycondensats tridimensionnels et des produits non stables aux températures de ramollissement. Par -contre, peuvent être préparés par le procédé de l'invention les polymères thermoplastiques, les élastomères thermoplastiques, pourvu qu'ils ne se dégradent pas à la chaleur. Il s'agit notamment des polyoléfines, par exemple du polyéthylène ou du polyisoprène. La présente invention est illustrée par l'exemple suivant, qui concerne un procédé de polymérisation anionique. La polymérisation anionique s'effectue en vase clos en présence d'un solvant. L'amorçage de la réaction est assuré par un complexe ion-radical aromatique. Les matières premières doivent être exemptes dtimpuretés, et notamment d'agent électrophile. Le polymère est récupéré après évaporation et recyclage du solvant. L'ensemble du dispositif est sous courant de gaz inerte, par exemple d'azote, pour éviter la présence d'humidité et d'oxygene. L'ensemble de l'installation pour la polymérisation est représenté sur la figure 1. La figure 2 représente schématiquement le dispositif d'évaporation en couche mince. L'installation pour la polymérisation anionique comporte quatre parties principales : une partie 1 pour le stockage des matieres premières ; une partie 2 pour la purification du solvant et du monomère ; le dispositif de réaction 3 un dispositif de récupération du polymère 4. Les matières premières, solvant et monomère, sont stockées respectivement dans des citernes 5 et 6. Le dispositif de purification du solvant est constitué par une colonne à tamis moléculaire 7, un évaporateur 8 > un réservoir tampon 9, un réservoir gradué 10. De même, le dispositif de purification du monomère est constitué par des éléments analogues 11, 12, 13 et 14. Les dispositifs de purification sont reliés aux citernes de stockage par des pompes doseuses 15 et 16. Le dispositif de réaction 3 est composé d'un circuit de préparation de I'amorceur et d'un réacteur de polymérisation. Le circuit de préparation de l'amorceur est constitué par une entrée du composé organique 17, un réservoir gradué 18, une pompe doseuse 19 et une cartouche à métal alcalin 20. Le réservoir gradué 18 est relié au réservoir gradué 10 par l'intermédiaire d'une pompe à membrane 21. Le réacteur de polymérisation 22 est en acier inoxydable. I1 comporte une double enveloppe avec un refroidissement à l'eau froide (10"C), un système d'agitation et un dispositif de contrôle constitué par un regard de contrôle 23 et une pompe doseuse 24. Le réacteur communique avec le réservoir gradué 25, avec le réservoir gradué 10 par l'intermédiaire de la pompe 21 et avec le réservoir gradué 14 par l'intermédiaire de la pompe 26. Entre le réacteur 22 et l'évaporateur en couche mince 27 se trouve une cuve intermédiaire 28 dans laquelle le polymère est stabilisé. Cette cuve 28 est alimentée en solution de polymère par l'intermédiaire de la pompe 29 et alimente l'évaporateur par l'intermédiaire de la pompe 30. La cuve 28 est alimentée en solution stabilisante à partir de la cuve 31 par l'intermédiaire de la pompe 32. La cuve 31 est alimentée en stabilisant en 33 et en solvant par l'intermédiaire de la pompe 21. L'évaporateur -est représenté à la figure 2. Il est constitué par un tube cylindrique vertical entouré d'une enveloppe dans laquelle circule un fluide de chauffage. Il comporte une entrée 34 pour la solution de polymère, une sortie 35 pour le polymère sèché, une sortie 36 pour les vapeurs de solvant, des entrées 37 et des sorties 38 pour le fluide de chauffage. Le tube cylindrique est fixe. La solution qui y est introduite est appliquée en couche mince sur la paroi chauffée du tube par un rotor à mouvement en rotation coaxiale. La sortie 35 est munie d'un dispositif de chauffage et d'une tête d'extrusion. Une opération complète de polymérisation de monomères diéniques en solution dans le THF a lieu de la façon suivante. Le THF débarrassé du peroxyde est stocké dans la citerne 5. Le monomère est stocké dans la citerne 6. La purification du THF et du monomère se fait par les procédés habituels, par exemple par une déshydratation sur tamis moléculaire, respectivement dans les colonnes 7 et 11, suivie d'une évaporation par chauffage dans les colonnes 8 et 12. Les produits purifiés contiennent moins de 10 ppm d'impuretés. La purification est effectuée en continu. Les conditions de préparation de l'amorceur sont définies de manière à obtenir une solution d'amorceur dont la concentration est comprise entre 0,05 et 0,2 mole/litre. Le complexe ion-radical se forme par passage de la solution de composé organique (par exemple de naphtalène, de diphényléthylène, etc...) préparée dans le réservoir 18, sur la cartouche 20 contenant un métal alcalin (par exemple du sodium, du potassium, du lithium) par l'intermédiaire de la pompe doseuse 19. Le temps de formation est de l'ordre de 2 heures. La fabrication de l'amorceur est discontinue, car on opère par charges successives. Cette solution d'amorceur est stockée dans le réservoir gradué 25. La réaction de polymérisation exothermique est discontinue et on opère par charges successives dans les conditions suivantes : 20 litres de THF et 0,46 i d'amorceur sont introduits dans le réacteur. Puis on ajoute en 30 mn la quantité adéquate de monomère. La durée totale de l'opération est de l'ordre de une heure. La température est maintenue entre 30 et 500C et l'agitation à 750 t/mn pendant la réaction. En fin de réaction, la pression s'élève de l bar dans le réacteur et le rendement de la polymérisation est supérieur à 95%. La récupération du polymère se fait en deux temps. Avant la séparation du THF, le polymère en solution est antioxydé par addition d'un stabilisant dissout dans du THF à raison de 1000 g/l et conservé dans le réservoir 31. Dans le cas du polyisoprène, on introduit 2% d'antioxydant dans le polymère. La stabilisation est effectuée dans la cuve tampon 28 en inox, munie d'un dispositif d'agitation. Le temps de mélangeage dépend de lthomogénéité du milieu ; il est de l'ordre de 1 heure. La solution de polymère, préchauffée à + 300C est introduite dans un évaporateur en couche mince 27 permettant de séparer et de récupérer le polymère et le solvant dans les conditions suivantes. La solution de polymère est introduite dans l'évaporateur à une température de 600C. Par exemple le polyisoprène est séché à 1900C sous un vide partiel de 300 mm Hg. Il est extrait de l'évaporateur à une température de 60"C. Le polymère récupéré contient 2% en poids d'antioxydant et moins de 0,5PI. de produits volatils. Le rendement de la récupération du THF est supérieur à 98X. Ce TEF extrait de l'évaporateur 27 est recyclé vers la cuve 5. Dans le cas du polyisoprène, toutes les étapes de la fabrication sont effectuées en continu, à l'exception de la polymérisation proprement dite. Le procédé mis-.en oeuvre permet d'obtenir un polymère présentant les caractéristiques suivantes : un taux de double-liaisons -vinyliques compris entre 65 et 85%, un point de transition vitreuse compris entre - 200C et + 150C, une masse en nombre centrée sur 50000 et une teneur an antioxydant de 2%. REVENDICATIONS 1.- Procédé de polymérisation mettant en oeuvre un ou plusieurs monomères, un solvant et un amorceur, caractérisé en ce que les monomères sont polymérisés en solution dans ledit solvant et en ce que le solvant est éliminé par évaporation en couche mince de la solution de-polymère. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporation en couche mince se fait sous un vide partiel de 200 à 500 mm Hg à une température comprise entre 1000C et 2000C. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'amor- ceur est du type anionique. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le monomère est choisi parmi les monomères diéniques.