Chimie: Téchniques de Polymérisation<

Deux problèmes deviennent important lors d'une polymérisation: l'exothermicité de la réaction, surtout en polyaddition, conduisant à une réduction de la masse molaire moyenne du polymère; et la viscosité du produit implicant ainsi la nécessité d'un mélange régulier et efficace afin de s'assurer d'une bonne évacuation de la chaleur.

Pour contrer ces problèmes d'exothermicité et de viscosité, on utilise différentes méthodes pour polymériser une oléfine. On distingue une polymérisation en masse, en solution, en suspension, en émulsion, ou en lit fluidisé.

I. Polymérisation en masse:

C'est une transformation avec une faible quantité d'additifs du monomère liquide en polymère dans un milieu réactionnel où le polymère demeure soluble dans son propre monomère. Elle se fait en polyaddition et en polycondensation.

. Dans le cas d'un polyaddition, on utilise deux méthodes:
1- On stoppe la réaction à un taux de conversion faible (40 à 60%), puis, le reste est séparé par distillation et est recyclé.
2. On utilise deux réacteurs séparés. Dans le premier, la réaction est effectuée à un taux de conversion faible. On transpose les réactifs dans le deuxième réacteur pour une conversion finale.

. Dans le cas d'une polycondensation, l'exothermicité est moins importante du fait que c'est une réaction moins exothermique.

 La technique de polymérisation en masse et plus difficile à contrôller, mais c'est le plus simple et la moins contaminante pour le polymère. Dans cette technique, l'initiateur est dissous dans le monomère, les gaz devraient être enlevés, sourtout l'oxygène, soit en utilisant un vide partie, soit en purgeant au moyen de l'azote.

II. Polymérisation en solution:

Le fait de diluer le monomère dans un solvant, fait diminuer sa concentration, donc la vitesse de réaction, et sa viscosité. La dilution a aussi pour effet de mieux évacuer la chaleur dégagée, et de mieux contôller la réaction.
Les avantages de cette techniques vis-a-vis de celle de polymérisation en masse, implique cependant quelques complications comme le fait d'enlever le solvant à la fin de la polymérisation qui est une opéaration difficile et le risque de contamination par réaction du monomère par le diluant, car le solvant peut être réactif et agir comme un agent de transfert coupant les longeurs de la chaine. Mais cette technique reste la plus appropriée quand il s'agit de polymère qui doit rester et être utilisé directement en solution; c'est le cas des enduits, des revêtements, des adhésifs, et des résine plastifiantes.

III. Polymérisation en suspension:

Dans cette technique, on disperse le monomère sous forme de goutelettes (0.1 à 0.5 mm) dans l'eau, tout en agittant et en utisant des stabilisants de suspension comme le polyalcoolvinylique, dans une proportion de l'ordre de 0.1%. Dans cette technique, comme pour la polymérisation en masse où l'initiateur est dissous dans le monomère, ici, l'amorceur est soluble dans le monomère, mais pas dans l'eau.

Cette technique permet aussi une bonne évacuation de la chaleur. À la fin de la réaction, on obtient un bouillie ( slurry) de particules fines de polymères de l'ordre de 1 mm. Ces particules sont séaprés par centrifugation, puis séchés et deviennet des poudrs à mouler.
Dans la plus part des cas, cette technique est faite en discontinu pour éviter la coalescence et l'accumulation des polymères sur les surfaces du réacteur.Cette technique est celle utilisé pur la fabrication des PVC.

IV. Polymérisation en émulsion:

Pour ce procédé, le milieu dispersant est aussi de l'eau. Le monomère est maintenu en émulsion grace à un agent emulsifiant qui est un savon ou un sulfonate d'acide gras, et une agitation impotante. La taille des particules en émulsion est de l'order du µm. La Polymérisation en émulsion est une polymérisation radicalaire où le polymère se forme uniquement en bloc appelés micelle Ici, l'amorceur est soluble dans l'eau. Pour initier la réaction, on utilse des des peroxydes inorganiques comme le peroxyde d'hydrogène (H2O2)ou le persulfate d'ammonium (NH4)2S2O8. parfois, on ajoute un agent réducteur à l'initiateur comme le sulafte ferreux FeSO4 pour faciliter la formation des radicaux. Un peroxyde et un agent réducteur feront un initiateur édox. A la fin du procédé, on obtient un latex de particules se l'ordre de 1 à 10 µm, comme dans les peintures et les adhésifs. Le produit peut être coagulé et séché. Contraiement aux autres méthodes, cette technique de polymérisation se fait avec une vitesse et un degré de polymérisation élevés.

V. Polymérisation en lit fluidisé:

Dans ce cas le monomère est gazeux. La réaction se fait en présence d'un catalyseur en poudre en dessus du flux de gaz monomères.Cette technique permet de mieux coontroller la température du réacteur.