Polymerisation

La polymérisation est un processus chimique dans lequel de plus petites molécules, appelées monomères, se lient pour former de plus grandes molécules, appelées polymères. Ce processus est fondamental pour la fabrication de nombreux plastiques et autres matériaux. Un aspect clé de la polymérisation est le degré de polymérisation, qui indique combien d'unités monomères sont connectées dans une molécule de polymère. Le degré de polymérisation influence de manière décisive les propriétés physiques du polymère résultant, telles que la résistance, la flexibilité etla résistance à la température.

LiquiSonic^® est un système d'analyse en ligne qui mesure directement la concentration dans le processus de polymérisation sans délai. L'appareil est basé sur la mesure très précise de la vitesse du son absolue et de la température du processus, permettant ainsi de suivre les processus et les réactions complexes.

La conception du capteur de LiquiSonic^® appareils de mesure permet un nettoyage simple des appareils, de sorte que le processus ne doit pas être interrompu par des travaux de nettoyage complexes et peut se dérouler aussi efficacement que possible.

Dans le domaine de la polymérisation, offre LiquiSonic^® de nombreux avantages à l'utilisateur :

1. Surveillance en temps réel : La technologie permet une surveillance continue du processus de polymérisation en temps réel. Cela permet de détecter immédiatement les changements et d'y réagir, garantissant ainsi une qualité de produit constante.
2. Aucun prélèvement d'échantillon requis : Comme le système mesure directement dans le processus, aucun prélèvement manuel n'est nécessaire. Cela minimise le risque de contamination et d'interruptions de processus.
3. Technologie robuste et nécessitant peu d'entretien : LiquiSonic^®appareils de mesure sont conçus pour une utilisation durable dans des environnements industriels. Ils sont résistants aux milieux agressifs et aux températures élevées, ce qui prolonge leur durée de vie et réduit les coûts de maintenance.
4. Optimisation des processus : Grâce à la surveillance précise de la réaction de polymérisation, les utilisateurs peuvent contrôler le processus plus finement, ce qui conduit à un rendement plus élevé et à des coûts de production réduits.

Le LiquiSonic^® système peut donc être utilisé à la fois pour la détermination de la concentration de haute précision, ainsi que pour la détection de phase et la surveillance de processus (cristallisation). Une surveillance interne des seuils signale les dépassements et envoie les informations en temps réel au système de contrôle de processus.

Une surveillance rapide et précise de la polymérisation, du degré de polymérisation et de la concentration de monomères et de macromolécules est ainsi possible. Cette surveillance garantit qu'au cours de toute la polymérisation du caprolactame en PA6, la qualité optimale du produit est atteinte.

La connaissance précise du déroulement de la polymérisation et du rapport entre monomères et macromolécules est particulièrement importante pour minimiser les pertes de produit et maximiser l'efficacité du processus. En déterminant précisément la concentration de monomères et de macromolécules tout au long du processus, l'utilisateur peut s'assurer que le produit final correspond aux spécifications souhaitées.

LiquiSonic^® assure une analyse de haute précision de la concentration de caprolactame avec enregistrement permanent des données. Le système de mesure est également utilisé avec succès pour la séparation rapide des phases entre le caprolactame et le sulfate d'ammonium.

Conception du capteur de LiquiSonic^®

La conception robuste du capteur et le choix de matériaux spéciaux, tels que HC2000 ou PFA, garantissent une longue durée de vie du système. De plus, SensoTech propose des capteurs avec certification ATEX, IECEx et FM.

Grâce à LiquiSonic^® la concentration en caprolactame résiduel (monomère résiduel) est réduite au minimum, optimisant ainsi la productivité de l'installation.

Les LiquiSonic^® capteurs immergés peuvent être facilement installés dans les conduites d'alimentation et de transport. Lors de l'installation des LiquiSonic^® capteurs aucun bypass n'est nécessaire et les espaces morts sont évités.

Le LiquiSonic^® contrôleur 30 peut être connecté à jusqu'à 4 capteurs. Il est ainsi possible de surveiller plusieurs points de mesure simultanément.

Gamme de mesure typique

Plage de concentration de caprolactame : 70 à 100 m%
Plage de température : 80 à 130 °C

Plage de concentration de caprolactame : 0 à 10 m%
Plage de température : 20 à 70 °C

À la réception des marchandises : Plage de concentration d'oleum : 0 à 30 m%
Plage de température : 10 à 60 °C

Principes de base de la polymérisation

Définition de la polymérisation

La polymérisation est un processus chimique dans lequel des monomères (molécules individuelles) sont combinés pour former une macromolécule (polymère).

Les déterminations de conversion dans les réactions chimiques sont généralement, et en particulier dans les réactions de polymérisation, d'une grande nécessité en termes de suivi de processus, de contrôle de processus et de gestion de processus.

Tout comme la mesure de concentration, l'importance de la surveillance de la polymérisation augmente énormément dans tous les domaines de l'économie à l'heure actuelle. Des effets économiques importants, tels que des économies de matériaux et d'énergie ainsi que des améliorations de la qualité, sont possibles.

Pour les mesures de concentration et de rendement, il existe une série de méthodes de mesure, telles que la mesure de densité, la mesure de l'indice de réfraction, la mesure de la conductivité, la mesure de la couleur, de la turbidité et de la viscosité, qui ont toutes leurs limites d'application physiques et technologiques.

La possibilité de déterminer les concentrations par la mesure de la vitesse du son est connue depuis longtemps et s'est imposée comme une méthode de mesure standard.

Principes physiques de la polymérisation

La vitesse de propagation v des ultrasons dans les liquides dépend de leur densité et de leur compressibilité adiabatique selon la relation suivante :

v = vitesse du son
ρ = densité
βad = compressibilité adiabatique

Une grandeur déterminante pour la vitesse du son est la compressibilité. Cela a pour conséquence qu'avec l'augmentation de la vitesse du son, la densité et la compressibilité peuvent être opposées. Cela a pour conséquence que, éventuellement, de grandes différences de vitesse du son peuvent apparaître malgré de faibles différences de densité. Le cas inverse se produit très rarement.

La vitesse du son est déterminée par la structure de la substance, c'est-à-dire par les groupes d'atomes et de molécules, les isoméries ou les longueurs de chaînes. Cette relation offre ainsi la possibilité de caractériser les substances par ultrasons.

La vitesse du son v de certains monomères et polymères sélectionnés à 20 °C est présentée dans le tableau suivant.

La structure du macromolécule, générée par la polymérisation des monomères, influence la vitesse du son, car elle est déterminée par l'agencement des groupes d'atomes et de molécules, les isoméries et les longueurs de chaînes.

Pour les systèmes monomère-polymère, il est généralement admis que les différences de vitesse du son entre le monomère et le polymère sont principalement déterminées par la longueur des chaînes et le degré de ramifications et de réticulations. Le tableau montre déjà clairement que les différences entre le monomère et le polymère, et donc entre le début et la fin de la réaction de polymérisation, peuvent être très importantes.

Méthodes de mesure dans la polymérisation

Différentes méthodes de mesure sont utilisées pour déterminer le degré de polymérisation afin de surveiller le déroulement et la qualité du processus. Les méthodes courantes incluent les mesures de viscosité, les mesures de concentration, la gravimétrie et la calorimétrie.

Problèmes avec la mesure de la viscosité

Les mesures de viscosité sont courantes, mais elles peuvent poser problème. Elles sont notamment influencées par les fluctuations de température, les taux de cisaillement et la présence de contaminants, ce qui peut modifier la viscosité du mélange polymère et donc fournir des résultats de mesure inexacts. De plus, la viscosité est difficile à mesurer pour des poids moléculaires très élevés ou très bas.

La présence de contaminants peut entraîner des résultats de mesure peu fiables et nécessite un processus de nettoyage intensif, ce qui affecte négativement l'efficacité du processus.

Avantages de la mesure de la concentration

Contrairement à la mesure de la viscosité, les mesures de concentration sont moins sensibles aux facteurs perturbateurs. Elles offrent une mesure directe de la concentration en monomères et ne dépendent pas des propriétés physiques des polymères. Cela conduit à des données plus précises et plus fiables sur l'avancement de la polymérisation.

Processus

La polymérisation peut se faire par divers mécanismes de réaction, où les monomères réagissent pour former des chaînes plus longues ou des structures ramifiées, les macromolécules. Les polymérisations sont classées selon le mécanisme de réaction en :

• Polymérisation en solution
• Polymérisation en émulsion
• Polymérisation en suspension
• Polycondensation

En fonction du nombre de copolymères et des additifs modifiant le produit, le changement de vitesse du son montre un comportement caractéristique. Typiquement, la vitesse du son de tous les composants impliqués est déterminée en fonction de la température, afin de la compenser plus tard. Le déroulement de la réaction peut ensuite être déduit de l'évolution temporelle de la vitesse du son et le rendement de la réaction peut être calculé.

Dans la description suivante, cela est expliqué à titre d'exemple pour la polymérisation en émulsion du latex styrène-butadiène. La détermination des paramètres tels que la concentration, le degré de polymérisation, etc., est effectuée de manière analogue dans les autres types de polymérisation.

Polymérisation en émulsion du latex styrène-butadiène pour le système réactionnel

Dans la polymérisation en émulsion butadiène-styrène, les composants individuels et les latex ont été examinés.

Dans l'illustration suivante, il est montré que la vitesse du son des monomères diffère nettement de celle des polymères.

La vitesse du son et la concentration sont directement liées. De plus, le degré de polymérisation, qui représente la proportion de polymère dans le monomère, est corrélé avec la concentration. Il est donc possible de déterminer la concentration et le degré de polymérisation à l'aide de la technologie de mesure par ultrasons. L'illustration suivante clarifie cette relation dans une polymérisation du butadiène-styrène.

Dans le cas de la polymérisation en émulsion du butadiène et du styrène, le degré de polymérisation peut être déterminé avec une précision de 0,1 %.

Applications

Fort de notre expérience de plus de 20 ans, nous avons accumulé beaucoup de connaissances dans le domaine de la polymérisation, acquises grâce aux applications chez les clients et dans notre propre centre technique. Ces connaissances sont intégrées dans de nouveaux projets, les données des clients étant toujours traitées de manière confidentielle.

Pendant la polymérisation, non seulement les macromolécules, mais aussi les monomères sont au centre de la surveillance afin d'assurer le déroulement précis de la réaction et la qualité du produit.

Pour différents processus de fabrication, la littérature secondaire suivante est disponible chez SensoTech :

• Optimisation de la production de polyamide
• Optimisation de la production de polyuréthane
• Production de latex styrène-butadiène (SBR) sûre et efficace

Les applications étudiées jusqu'à présent incluent :

• Polymérisation du caprolactame
• Latex styrène-butadiène
• Résine phénol-formaldéhyde
• Polyméthyl-méta-acrylate PMMA
• Acétate de polyvinyle PVA
• Chlorure de polyvinyle PVC
• Polyamide PA
• Polyvinylidanchlorure PVDC
• Résine époxy
• Polystyren ps
• PC en polycarbonate
• Polyester PE
• Polyéthylène
• Résine de harpe de formaldéhyde
• Élastan
• Aldol en acétaldéhyde
• Polyuréthane PU
• Polyiloxan
• Isoprène-Rubber IR
• Méthylsiliconharz
• Siliconacrylate
• Méthylsiliconate de potassium
• Résine de silicium
• Polymère polysulfure
• Paraphénylène téréphtalamides ppta
• Hinaid Amine Light Stabilizers Neck
• Méthacrylamide maa
• Compositions spécifiques au client

Le dispositif de mesure LiquiSonic^® Permet la surveillance et le contrôle de différentes réactions, en particulier dans le processus par lots. Selon le processus et le processus de fluide, les réactions catalytiques et enzymatiques ainsi que les polymérisations, la cristallisation peut également être optimisée et la qualité du produit final est garantie.

Pour les systèmes de polymère monomère, il est généralement le cas que les différences de vitesse sonore entre monomère et polymère sont principalement déterminées par la longueur de la chaîne et le degré de branches et de mise en réseau.

Le tableau montre que les différences entre le monomère et le polymère et donc entre le début et la fin de la réaction de polymérisation sont très importantes.

La vitesse du son et de la concentration est directement liée. De plus, le degré de polymérisation, qui reflète la teneur en polymère dans le monomère, est en corrélation avec la concentration. Pour cette raison, la concentration et le degré de polymérisation avec le LiquiSonic^® La technologie de mesure peut être déterminée.

Exemple d'application Production de caprolactam

L'un des polyamides les plus importants du monde est le PA6 connu sous le nom de perlon, qui est produit par la polymérisation du monomère caprolactam (CPL). En raison de la complexité du processus de fabrication, cela est divisé en 4 zones:

• Synthèse de rohcaprolactam
• Séparation et cristallisation du sulfate d'ammonium
• Nettoyage et préparation du caprolactam brut
• Polymérisation à PA6

Dans le cas de la production de caprolactame, le cyclohexanon, l'hydroxylamine et H₂SO₄ La matière première oxime de cyclohexanone est produite. Par l'ajout d'oleum et d'ammoniaque, du caprolactame brut est créé, qui est séparé de la phase de sulfate d'ammonium. Ensuite, le monomère caprolactame est purifié et concentré par extraction et cristallisation. Après la polymérisation, le polymère est finalement séparé du reste des monomères et purifié.