Procédé de traitement de polymères pour obtenir une matière propre à l'extrusion,
et chaîne d'appareils pour la mise en oeuvre de ce procédé
L'extrusion de certains hauts polymères, notamment de ceux qui sont obtenus à l'état fondu lors de leur préparation par polymérisation ou polycondensation des monomères, pose un certain nombre de problèmes qui tiennent à la difficulté de faire passer un produit liquide et très chaud à l'état de granulés solides et froids, en évitant à la fois l'oxydation par l'air et les inconvénients de tous ordres que peut occasionner le refroidissement du produit par contact direct de l'eau ou de tout autre liquide.
I1 se pose également d'importants problèmes de mélange et d'homogénéisation au cas où l'on désire incorporer au polymère des produits d'addition tels que: colorants, plastifiants, fongicides, antioxygènes, etc.
L'objet du brevet est d'une part un procédé de traitement de polymères facilement oxydables qui sortent à l'état fondu de l'appareil de polymérisation pour obtenir une matière propre à l'extrusion et d'autre part une chaîne d'appareils pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Ledit procédé s'applique en particulier aux produits de polycondensation du type polyamide, qui sont obtenus directement à l'état fondu dans l'appareil de polymérisation.
Ce procédé consiste à soumettre le polymère à l'action d'une chaîne d'appareils où, à l'abri de l'air, il est refroidi à sec à la température de solidification, mis en une forme convenant à sa granulation, puis refroidi à sec encore davantage à une température suffisamment basse pour n'être plus oxydé par l'air et ensuite granulé à l'air libre.
La chaîne d'appareils que l'on peut utiliser pour mettre ce procédé en oeuvre se compose de distributeurs doseurs des produits d'addition, d'un malaxeur-refroidisseur avec buse de liaison, d'une goulotte de liaison entre le polymériseur et le malaxeur, d'un laminoir formeur de bande, d'un groupe de cylindres de refroidissement, ces appareils étant à l'abri de l'air, d'un granulateur et d'un tamiseur.
Pour mettre le polymère à l'abri de l'air on peut utiliser une atmosphère de gaz inerte en circulation.
Le dessin montre un schéma d'une telle chaîne d'appareils, la forme indiquée pour ces derniers ne l'étant qu'à titre d'exemple.
On trouve, dans l'ordre, à partir du polymériseur (1) qui contient la matière plastique en fusion :
une goulotte de liaison (2), et les distributeurs doseurs d'additifs (9);
un malaxeur-refroidisseur (3) et sa buse de liaison (4); un laminoir formeur de bande (5); un groupe de cylindres de refroidissement- ;
un granulateur (7);
un tamiseur (8).
La goulotte de liaison réunit le polymériseur au malaxeur-refroidisseur, de manière à tenir le polymère à l'abri de l'air.
Elle peut être chauffée, soit par double enveloppe avec un fluide convenable ( dow-therm ), vapeur d'eau, etc., soit par résistance électrique.
Elle peut comporter les tubulures d'arrivée des différents additifs qui sont introduits par les distributeurs doseurs de façon régulière et proportionnellement au débit du polymère. Les additifs peuvent naturellement être introduits soit à l'état pur soit de préférence sous la forme de mélanges maîtres (polymères concentrés en additifs) qui facilitent le dosage et le rendent plus précis.
Elle peut comporter aussi les regards étanches per. mettant de voir le passage des matières.
Le malaxeur-refroidisseur (3 et 4) a un double but:
a) refroidir le polymère qui y pénètre liquide à haute température et qui en sort en masse pâteuse a une température très voisine du point de fusion, et, de ce fait à une consistance permettant la formation de bandes épaisses sur les cylindres de l'appareil suivant.
Pour ce faire, il peut comporter des chemises de refroidissement dans ; lesquelles circule un fluide
approprié qui enlève les calories et qui peut être recyclé en continu s'il est lui-même refroidi dans un groupe extérieur adéquat;
b) homogénéiser le polymère et lui incorporer intimement les additifs. On sait que le ; problème
de coloration et de pigmentation de polyamides fondus pose des problèmes difficiles en ce qui con cerne la résistance limitée à la chaleur des ; pigments.
Un des meilleurs moyens pour incorporer les pigments est de les introduire dans l'appareil de polymérisation, mais la température élevée du produit limite considérablement le choix des pigments utilisables. Par contre l'introduction des pigments dans le malaxeur-refroidisseur, où la température est
abaissée, permet d'augmenter considérablement le choix des pigments. En outre, cet appareil est beaucoup plus approprié à l'incorporation des pigments que n'est le pot de polymérisation qui ne permet pas une homogénéisation aussi intime.
Le schéma joint représente une vis jouant ce
rôle, mais on peut également adopter tout autre
dispositif permettant le malaxage intime de la matière tout en assurant son acheminement vers la sortie qui comporte une buse de raccordement
à l'appareil suivant avec double enveloppe dans laquelle on fait circuler un fluide maintenu à une
température sensiblement égale à celle du polymère pour en éviter la solidification prématurée.
Le laminoir formeur de bande (5) joue aussi un double rôle:
a) refroidir le polymère qui y pénètre sous forme de masse pâteuse dont la consistance s'accroît au contact des cylindres, qui peuvent être maintenus
à une température inférieure par circulation intérieure - d'un fluide convenable ;
b) former une bande par laminage de la masse pâteuse entre les cylindres. Eventuellement, la largeur de la bande peut être réglée grâce à la disposition de guides latéraux.
Un dispositif de relevage recueille la bande formée à la partie inférieure des cylindres et la conduit jusqu'à la sortie de la goulotte reliant 5 et 6.
Le groupe de deux cylindres horizontaux est placé de préférence dans ua carter étanche à L'tinté rieur duquel on peut maintenir une légère surpression de gaz inerte pour éviter toute oxydation.
Ce carter peut comporter:
- une trappe ouvrante, permettant d'accéder facilement, en cas de besoin, aux cylindres et au dispositif de relevage;
- des regards fixes permettant de contrôler la marche des opérations.
La disposition des cylindres et du dispositif de relevage, figurée sur le schéma, l'est à titre d'exemple seulement, mais on peut adopter toute autre construction donnant le même résultat.
La bande formée peut avoir différentes présentations soit lisse (avec des cylindres lisses), soit striée longitudinalement pour faciliter la granulation ultérieure (avec des cylindres cannelés convenablement).
Le groupe de refroidissement (6) comporte un certain nombre de cylindres, refroidis de préférence par circulation interne d'un fluide convenable, sur lesquels on fait passer la bande de polymère encore très plastique, sortant du laminoir formeur 5.
Le diamètre et le nombre des cylindres est fonction de la nature du polymère à refroidir et de sa souplesse. Un nouveau cylindre n'est plus utile dès que la bande, suffisamment refroidie, a une raideur telle qu'elle ne plaque plus parfaitement sur les cylindres.
Le groupe de cylindres 6 n'a pas pour but de refroidir totalement la bande, mais simplement de l'amener à une température telle qu'il n'y ait plus de risques d'oxydation, lors de sa sortie à l'air libre. Pour les polyamides, par exemple, il suffit d'avoir une température inférieure à 800C. En pratique, il sera facile, et plus recommandé, de ramener la bande au voisinage de 400C.
Comme pour l'appareil 5, le groupe des cylindres 6 est placé de préférence dans un carter étanche légèrement pressurisé au gaz inerte, ce carter comportant une trappe latérale permettant l'accès facile des cylindres et des regards. A la sortie de la bande, un dispositif d'étanchéité peut limiter les pertes de gaz inerte.
La disposition des cylindres sur Le plan joint n est donnée qu'à titre d'exemple, ainsi que leur nombre. On peut avoir toute autre disposition, comme, par exemple, des nappes de cylindres permettant de réaliser des S en nombre convenable.
Les appareils 1, 2 ,3, 4, 5 et 6 sont reliés de telle manière que le polymère demeure à l'abri de l'air jusqu'à la sortie de l'appareil 6. Les organes 5 et 6 peuvent être groupés dans un même carter.
Le groupe granulateurstamiseur (7 et 8) constitue le dernier maillon de la chaîne continue suivant l'invention. IL ne requiert aucune protection particulière car il reçoit le polymère à une température telle qu'il ne risque plus d'oxydation.
Tout ensemble du commerce susceptible de gra nuler des hauts polymères à partir d'une bande peut convenir.
Si la bande est lisse, le granulateur pourra, par exemple, comporter une coupe longitudinale et une coupe transversale. I1 pourra aussi reposer sur le principe du broyage concassage si l'on n'attribue pas d'importance à la régularité des grains.
Si la bande est profondément et convenablei ment striée longitudinalement, le granulateur pourra ne comporter qu'une coupe transversale.
Le tamiseur pourra être, soit du type à tamis superposés à secousses, soit du type trommel, soit de tout autre modèle.
REVENDICATIONS
I. Procédé de traitement de polymères facile ment oxydables qui sortent à l'état fondu de l'aippa- reil de polymérisation, pour obtenir une matière propre à l'extrusion, caractérisé en ce qu'on soumet le polymère à l'action d'une chaîne d'appareils, où, à l'abri de l'air, il est refroidi à sec à sa température de solidification, mis en une forme convenant à sa granulation, puis refroidi à sec encore davantage à une température suffisamment basse pour n'être plus oxydé par l'air, et ensuite granulé à l'air libre.