Le PVC est principalement fabriqué par le procédé de polymérisation en suspension, où il est connu sous le nom de PVC en suspension. Dans ce procédé, les monomères de chlorure de vinyle (VCM) sont dispersés dans l'eau et réagissent avec Initiateurs de radicaux libres pour former de petites gouttelettes qui contiennent les réactions de polymérisation. Ces gouttelettes s'agrègent ensuite continuellement pour former des agglomérats fusionnés qui produisent un grain de résine PVC. Vous trouverez ci-dessous un schéma du mécanisme qui est censé se produire pour la polymérisation du PVC en suspension.
Le contrôle de la taille des gouttelettes de VCM est crucial pour les fabricants de PVC, car la porosité et la masse volumique apparente des grains de résine PVC obtenus sont directement liées. La porosité des grains de résine PVC influence la facilité d'élimination du VCM n'ayant pas réagi et l'absorbance d'additifs tels que les plastifiants, les stabilisants, les pigments et les modificateurs d'impact. Ces propriétés sont importantes, par exemple, pour produire du PVC de plus grande pureté ou pour déterminer si du PVC flexible ou rigide sera fabriqué. D'autre part, la masse volumique apparente est un facteur important lors du stockage, de l'écoulement et de la manipulation de la résine.
Les fabricants de PVC doivent souvent équilibrer la porosité et la masse volumique apparente pour créer une résine possédant les propriétés nécessaires et adaptées à des applications finales spécifiques. Les agents de suspension ont la plus grande influence sur la taille des gouttelettes de PVC en suspension, impactant en fin de compte la morphologie des particules de PVC et, par conséquent, la porosité et la masse volumique apparente. Il est donc essentiel d'utiliser un agent de suspension approprié et de comprendre comment le choix d'un agent de suspension influence le processus de fabrication du PVC.
Agents de suspension METHOCEL™
Les agents de suspension METHOCEL™ sont des polymères d'éther de cellulose d'origine naturelle, non ioniques et hydrosolubles. Deux propriétés fonctionnelles de METHOCEL™ en font un agent de suspension efficace. Premièrement, il réduit la tension interfaciale (TIF) des gouttelettes de PVC en suspension pour faciliter une meilleure dispersion et créer des gouttelettes plus petites. Ces gouttelettes plus petites donneront des résines avec une porosité plus élevée et une masse volumique apparente plus faible. Deuxièmement, METHOCEL™ agit comme un colloïde protecteur autour des gouttelettes de VCM tout en les maintenant en contact avec la chaîne polymère PVC en croissance. Le colloïde protecteur formé par METHOCEL™ aide à prévenir la coalescence des gouttelettes tout en maintenant une taille de gouttelette plus uniforme pendant les phases d'agrégation « collantes » du processus de polymérisation.
METHOCEL™ est disponible dans une variété de grades avec différents niveaux de substitution pour les groupes méthyle et hydroxypropyle attachés au squelette de la cellulose. Une lettre est utilisée dans chaque produit pour désigner le degré spécifique de substitution des groupes méthoxy et hydroxypropyle, comme indiqué dans le diagramme ci-dessous :
Comment choisir le bon agent de suspension METHOCEL™
Voici quelques questions pour vous aider à choisir la nuance METHOCEL™ :
Faut-il un grain de résine PVC plus ou moins poreux ?
Une densité apparente de résine plus élevée ou plus faible est-elle préférable ?
Des résidus de VCM plus faibles sont-ils nécessaires ?
Dans cet esprit, comme mentionné précédemment, un IFT plus faible contribuera à une meilleure dispersion et à une taille de gouttelettes de VCM plus petite, ce qui formera des résines PVC plus poreuses et à grains plus petits. Par conséquent, les grades METHOCEL™ qui fournissent un IFT plus faible auront également une masse volumique apparente plus faible, des résidus de VCM plus faibles et une distribution granulométrique de PVC plus uniforme. En général, l'IFT augmente à mesure que le degré de substitution de METHOCEL™ augmente. Par conséquent, l'IFT peut être classé dans l'ordre suivant par la lettre indiquant le degré de substitution : J < E < F < A < K.
D'autres facteurs, tels que la force du gel et l'organosolubilité des différentes catégories de METHOCEL™, peuvent également jouer un rôle dans le contrôle de la taille des gouttelettes, mais n'ont pas un impact aussi important que l'IFT. Compte tenu de tout ce qui précède, des catégories spécifiques de METHOCEL™ peuvent être sélectionnées, en fonction de la porosité et de la masse volumique apparente souhaitées pour chaque application finale.
PVC flexible, haute porosité, faibles résidus de VCM
Bien que des dizaines de produits existent dans la gamme METHOCEL™, les grades à faible viscosité sont les plus adaptés à la polymérisation du PVC en suspension. Les grades ci-dessus offrent aux fabricants de PVC les options les plus performantes.
Comment utiliser METHOCEL™ pour la polymérisation du PVC en suspension
En règle générale, pour les opérations à grande échelle de fabrication de PVC en suspension, METHOCEL™ est ajouté à une dose de 0,05 à 0,30 % du poids du VCM. La majeure partie de la variabilité dans cette plage dépend de la taille du réacteur utilisé, où les réacteurs plus petits nécessitent une concentration plus élevée de METHOCEL™ pour une meilleure efficacité. Vous trouverez ci-dessous un tableau qui peut être utilisé comme ligne directrice de départ pour le pourcentage de METHOCEL™ requis, en fonction de la taille du réacteur.
Taille du réacteur
Vitesse de l'agitateur
% METHOCEL™
(basé sur le poids du monomère)
0.5-réacteur d'un gallon
150–170 rpm
0.2–0.3
1-2-réacteur d'un gallon
150–170 rpm
0.2–0.3
20-réacteur d'un gallon
150–170 rpm
0.15–0.18
50-réacteur d'un gallon
150 rpm
0.08
500-réacteur d'un gallon
120 rpm
0.06
3,000-réacteur d'un gallon
120 rpm
0.05
Il convient de noter qu'avec chaque taille de réacteur, l'augmentation de la concentration de METHOCEL™ a également montré une réduction supplémentaire de la taille des grains de PVC. En effet, des concentrations plus élevées de METHOCEL™ entraîneront une meilleure formation de film et une meilleure couverture de surface des gouttelettes de monomère, réduisant ainsi la tendance à l'agrégation des gouttelettes.
Du point de vue de la procédure, il est recommandé de charger le réacteur avec de l'eau et une solution de METHOCEL™ avant d'ajouter les VCM afin d'éviter la formation de grosses particules de résine et l'accumulation de résine sur les parois du réacteur. Pour obtenir des instructions sur la préparation des solutions de METHOCEL™, veuillez visionner la vidéo suivante. METHOCEL™ peut également être utilisé avec d'autres agents de suspension tels que l'hydroxypropylcellulose et l'alcool polyvinylique pour ajuster davantage le contrôle de la granulométrie sur une plus large gamme de profils de cisaillement.
Résumé
Les fabricants de PVC en suspension exigent un contrôle strict des propriétés de la résine telles que la granulométrie, la porosité et la masse volumique apparente pour créer les types spécifiques de résine PVC nécessaires à chaque application finale. METHOCEL™ est un agent de suspension d'origine naturelle disponible en plusieurs qualités différentes pour permettre la personnalisation de ces propriétés de résine. Contactez-nous ci-dessous pour demander un échantillon de METHOCEL™ à utiliser dans votre processus de fabrication de PVC en suspension.
