{"id":14608,"date":"2022-10-13T16:37:46","date_gmt":"2022-10-13T14:37:46","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sofraser.com\/?p=14608"},"modified":"2025-06-20T15:39:03","modified_gmt":"2025-06-20T13:39:03","slug":"production-discontinue-de-polymeres-de-polyurethane","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sofraser.com\/fr\/actualites\/polymeres-chimie\/production-discontinue-de-polymeres-de-polyurethane\/","title":{"rendered":"Combinaison des mesures de rh\u00e9ologie et de spectroscopie pour am\u00e9liorer la production discontinue de polym\u00e8res de polyur\u00e9thane"},"content":{"rendered":"\n

Dans la production de polym\u00e8res, le degr\u00e9 de polym\u00e9risation d\u00e9pend strictement de la conversion. Celle-ci est tr\u00e8s sensible aux impuret\u00e9s et au d\u00e9s\u00e9quilibre molaire, surtout lorsque la conversion est \u00e9lev\u00e9e.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le d\u00e9s\u00e9quilibre des monom\u00e8res peut emp\u00eacher la formation de longues cha\u00eenes de polym\u00e8res, (entra\u00eenant une stagnation du poids mol\u00e9culaire) et favoriser l’apparition de r\u00e9actions secondaires ind\u00e9sirables (entra\u00eenant la ramification des cha\u00eenes, la g\u00e9lification et\/ou la d\u00e9gradation des cha\u00eenes).<\/p>\n\n\n\n

Le d\u00e9veloppement et la mise en \u0153uvre de proc\u00e9dures de surveillance et de contr\u00f4le en ligne de la conversion et de la masse mol\u00e9culaire moyenne en poids (Mw) sont hautement souhaitables. Cela \u00e9vitera la formation de gel, la stagnation pr\u00e9coce de la Mw et la d\u00e9gradation de la cha\u00eene polym\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n

Les outils de mesure de processus en ligne tels que la spectroscopie de processus dans le proche infrarouge (NIRS) et la rh\u00e9ologie qui comprend les mesures de la viscosit\u00e9; sont tous deux des candidats id\u00e9aux pour d\u00e9terminer les propri\u00e9t\u00e9s physiques des polym\u00e8res.<\/p>\n\n\n\n

Guided Wave et Sofraser s’associes pour mettre au point un syst\u00e8me de mesure double. Capable d’\u00eatre install\u00e9 sur une seule bride partag\u00e9e. <\/p>\n\n\n\n

Ce syst\u00e8me s’installe directement sur le c\u00f4t\u00e9 d’un r\u00e9acteur pour le contr\u00f4le en temps r\u00e9el de la production de polym\u00e8res.<\/p>\n\n\n\n

\"visocity<\/figure>\n\n\n\n
\"viscosity
Figure 1.<\/strong> Bride \u00e0 double sonde d\u00e9velopp\u00e9e par Guided Wave et Sofraser. Elle permet de mesurer en temps r\u00e9el la viscosit\u00e9 et le proche infrarouge \u00e0 partir du m\u00eame endroit dans un r\u00e9acteur.
Image Credit: Guided Wave<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

En disposant d’une mesure NIRS et d’une mesure de viscosit\u00e9 dynamique les ing\u00e9nieurs de proc\u00e9d\u00e9s peuvent prendre des d\u00e9cisions \u00e9clair\u00e9es bas\u00e9es sur les tendances en temps r\u00e9el de la construction du polym\u00e8re de la r\u00e9duction des monom\u00e8res et de la masse mol\u00e9culaire moyenne en poids. De plus, la configuration \u00e0 double sonde permet aux deux mesures de se produire dans les m\u00eames conditions d’\u00e9coulement et d’\u00e9chantillon localis\u00e9es.<\/p>\n\n\n\n

En d’autres termes, si les sondes du viscosim\u00e8tre et du NIRS \u00e9taient install\u00e9es sur des brides distinctes, \u00e0 des endroits diff\u00e9rents du r\u00e9acteur, l’\u00e9coulement transitoire dans le r\u00e9acteur pourrait introduire un biais entre les deux techniques.<\/p>\n\n\n\n

Aper\u00e7u de la production de polyur\u00e9thane et du r\u00f4le de la PAT<\/h2>\n\n\n\n

Les polyur\u00e9thanes<\/a>, comme d’autres polym\u00e9risations similaires \u00e0 croissance par \u00e9tapes, sont g\u00e9n\u00e9ralement produits dans des proc\u00e9d\u00e9s en deux \u00e9tapes.<\/p>\n\n\n\n

La premi\u00e8re \u00e9tape de la polym\u00e9risation<\/h3>\n\n\n\n

Les mat\u00e9riaux polym\u00e8res de faible poids mol\u00e9culaire moyen (pr\u00e9polym\u00e8re) sont produits par la r\u00e9action d’un polyol et d’un grand exc\u00e8s de diisocyanate, g\u00e9n\u00e9ralement avec un rapport molaire d’alimentation de 2:1. La spectroscopie NIR permet de mesurer le nombre de groupes hydroxyles r\u00e9actifs (OH) sur le polyol.<\/p>\n\n\n\n

L’indice OH a un impact direct sur le nombre de liaisons ur\u00e9thanes, ce qui influence grandement les propri\u00e9t\u00e9s physiques du produit polyur\u00e9thane final. L’indice OH est donc un param\u00e8tre important \u00e0 surveiller et \u00e0 contr\u00f4ler pendant la production de polyols.<\/p>\n\n\n\n

En outre, la m\u00e9thode de laboratoire couramment utilis\u00e9e pour d\u00e9terminer l’indice d’hydroxyle prend du temps et implique l’utilisation de mat\u00e9riaux dangereux. Une sonde de transmission NIR in situ a un d\u00e9bit plus rapide et r\u00e9duit l’exposition professionnelle aux mat\u00e9riaux dangereux requis pour les tests hors ligne.<\/p>\n\n\n\n

La deuxi\u00e8me \u00e9tape de la polym\u00e9risation<\/h3>\n\n\n\n

La cha\u00eene du polym\u00e8re est allong\u00e9e par la r\u00e9action du pr\u00e9polym\u00e8re avec un diol ou un polyol de faible poids mol\u00e9culaire (extenseur de cha\u00eene). Normalement, l’objectif principal est la production de r\u00e9sines polym\u00e8res de grands poids mol\u00e9culaires \u00e0 la fin de la deuxi\u00e8me r\u00e9action stp. Pour atteindre cet objectif, certains objectifs secondaires doivent \u00eatre poursuivis.<\/p>\n\n\n\n

Premi\u00e8rement, la conversion et la composition des monom\u00e8res doivent \u00eatre rigoureusement contr\u00f4l\u00e9es au cours de la premi\u00e8re \u00e9tape de r\u00e9action. Deuxi\u00e8mement, la quantit\u00e9 de polyol introduite dans le r\u00e9cipient de r\u00e9action au cours de la deuxi\u00e8me \u00e9tape doit \u00eatre rigoureusement contr\u00f4l\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n

Ces objectifs de contr\u00f4le secondaires sont n\u00e9cessaires pour \u00e9viter le d\u00e9s\u00e9quilibre des monom\u00e8res, qui peut conduire \u00e0 la production de polym\u00e8res de faible poids mol\u00e9culaire et finalement causer la perte du produit du lot.<\/p>\n\n\n\n

Enfin, l’\u00e9volution des masses mol\u00e9culaires moyennes en poids doit \u00eatre surveill\u00e9e avec pr\u00e9cision par viscom\u00e9trie et spectroscopie de proc\u00e9d\u00e9. Les r\u00e9sultats de ces outils de surveillance du proc\u00e9d\u00e9 peuvent ensuite \u00eatre utilis\u00e9s pour contr\u00f4ler les masses mol\u00e9culaires moyennes en poids et d’autres param\u00e8tres pendant l’\u00e9tape d’extension de la cha\u00eene de la synth\u00e8se du polyur\u00e9thane.<\/p>\n\n\n\n

Sch\u00e9ma de contr\u00f4le de la viscosim\u00e9trie et de la spectroscopie dans le processus de synth\u00e8se des polyur\u00e9thanes<\/h2>\n\n\n\n

La logique de commande pr\u00e9sent\u00e9e ci-dessous est adapt\u00e9e selon les besoins pour r\u00e9pondre aux exigences sp\u00e9cifiques du produit. Au cours de la premi\u00e8re \u00e9tape; la spectroscopie de processus s’utilise pour surveiller la conversion des monom\u00e8res et la masse mol\u00e9culaire moyenne en poids.<\/p>\n\n\n\n

D’autres param\u00e8tres tels que la concentration ou le rapport des diisocyanates, la concentration d’eau en exc\u00e8s ou le rapport des produits de r\u00e9action du glycol peuvent \u00e9galement \u00eatre mesur\u00e9s par spectroscopie de processus.<\/p>\n\n\n\n

\"Monitoring
Figure 2.<\/strong> L’organigramme ci-dessus montre comment la mesure combin\u00e9e de la viscosim\u00e9trie et de la spectroscopie du proc\u00e9d\u00e9 peut \u00eatre utilis\u00e9e pour contr\u00f4ler la copolym\u00e9risation \u00e0 croissance progressive.
Image Credit: Guided Wave<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Au cours de la deuxi\u00e8me \u00e9tape de la r\u00e9action; le poids mol\u00e9culaire moyen du polym\u00e8re est surveill\u00e9 \u00e0 la fois par spectroscopie de proc\u00e9d\u00e9 et par viscom\u00e9trie. <\/p>\n\n\n\n

En fonction de la tendance du poids mol\u00e9culaire; le taux d’alimentation en r\u00e9actifs est ajust\u00e9 ou dos\u00e9 sur la base des donn\u00e9es NIR et MIVI <\/a>en temps r\u00e9el.<\/p>\n\n\n\n

La double mesure est un moyen optimal pour contr\u00f4ler le taux de polym\u00e9risation vers un point final conforme aux sp\u00e9cifications.<\/p>\n\n\n\n

Il convient \u00e9galement de noter que la pr\u00e9cision avec laquelle un analyseur NIR, tel que l’analyseur \u00e0 spectre complet NIRO, peut mesurer la masse mol\u00e9culaire moyenne. Et commence \u00e0 diminuer lorsque la conversion des monom\u00e8res augmente.<\/p>\n\n\n\n

Une solution adapt\u00e9e<\/h3>\n\n\n\n

Un viscosim\u00e8tre de proc\u00e9d\u00e9 tel que le MIVI s’utilise pour mesurer plus pr\u00e9cis\u00e9ment le poids mol\u00e9culaire; moyen pendant les \u00e9tapes finales de r\u00e9ticulation et d’extension de la cha\u00eene.<\/p>\n\n\n\n

Le d\u00e9but de la g\u00e9lification se d\u00e9termine \u00e0 la fois par la spectroscopie de proc\u00e9d\u00e9 et la viscosim\u00e9trie. Le NIR d\u00e9termine que la conversion des monom\u00e8res se produit sans changement du poids mol\u00e9culaire moyen. Alors le d\u00e9but de la g\u00e9lification a probablement eu lieu.<\/p>\n\n\n\n

La viscosim\u00e9trie s’utilise comme confirmation secondaire de la g\u00e9lification. Si la g\u00e9lification se produit, le viscosim\u00e8tre mesurera une perturbation soudaine due \u00e0 l’agglom\u00e9ration ou \u00e0 la ramification des polym\u00e8res.<\/p>\n\n\n\n

L’approche \u00e0 double sonde permet \u00e0 l’ing\u00e9nieur des proc\u00e9d\u00e9s de r\u00e9agir rapidement \u00e0 la g\u00e9lification. Et donc de commencer \u00e0 ajouter des inhibiteurs pour ralentir le taux de r\u00e9ticulation. La concentration des inhibiteurs, tels que l’acide chlorhydrique, peut \u00eatre mesur\u00e9e par spectroscopie de proc\u00e9d\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

Une fois que la tendance de la r\u00e9action est revenue \u00e0 la normale, la quantit\u00e9 d’inhibiteur r\u00e9duit le taux d’alimentation du r\u00e9actif; tel que les 1,4 Butane Diols, augment\u00e9. Le sch\u00e9ma de contr\u00f4le du proc\u00e9d\u00e9 permet \u00e0 l’ing\u00e9nieur de proc\u00e9d\u00e9 de guider la r\u00e9action vers les trajectoires de poids mol\u00e9culaire souhait\u00e9es et garantir la production d’un produit conforme aux sp\u00e9cifications.<\/p>\n\n\n\n

Une fois le poids mol\u00e9culaire cible atteint, l’ing\u00e9nieur des proc\u00e9d\u00e9s peut transf\u00e9rer le polyur\u00e9thane conforme aux sp\u00e9cifications pour tout traitement de post-formation tel que l’extrusion.<\/p>\n\n\n\n

Conclusion<\/h3>\n\n\n\n

La production de polym\u00e8res en vrac est en soi un processus chimique assez routinier. Par ailleurs, la volont\u00e9 d’optimiser la production et de r\u00e9duire les co\u00fbts de fabrication rend n\u00e9cessaire l’analyse des processus en temps r\u00e9el.<\/p>\n\n\n\n

La spectroscopie de proc\u00e9d\u00e9 dans le proche infrarouge et la viscosim\u00e9trie, qui comprend la mesure de la viscosit\u00e9; sont toutes deux des candidates id\u00e9ales pour d\u00e9terminer les propri\u00e9t\u00e9s physiques des polym\u00e8res.<\/p>\n\n\n\n

Le d\u00e9veloppement d’outils modernes de surveillance des processus permet de mesurer directement et en temps r\u00e9el les r\u00e9actions chimiques. On y retrouve la conversion des monom\u00e8res, le poids mol\u00e9culaire, l’indice d’acide, ou m\u00eame les informations sur les ramifications lat\u00e9rales et les gels.<\/p>\n\n\n\n

La double sonde et le sch\u00e9ma de contr\u00f4le du processus s’utilis\u00e9s pour am\u00e9liorer le rendement de la copolym\u00e9risation par lots.<\/p>\n\n\n\n

Con\u00e7ue par Elementale <\/a>(Texas, USA), cette sonde a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e en collaboration avec Guided Wave et Sofraser.<\/p>\n\n\n\n

Ces informations sont sourc\u00e9es, revues et adapt\u00e9es \u00e0 partir de documents fournis par Guided Wave<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Pour plus d’informations sur cette source, veuillez visiter Guided Wave<\/p>\n\n\n\n

Rejoignez-nous : <\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n

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Dans la production de polym\u00e8res, le degr\u00e9 de polym\u00e9risation d\u00e9pend strictement de la conversion. Celle-ci est tr\u00e8s sensible aux impuret\u00e9s et au d\u00e9s\u00e9quilibre molaire, surtout lorsque la conversion est \u00e9lev\u00e9e. 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