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"Procédé et dispositif de traitement d'un plastisol"
L'invention concerne un procédé de traitement d'un plastisol comprenant un abaissement de la viscosité du plastisol.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
Les plastisols sont utilisés dans de nombreuses applications, comme par exemple l'enduction direction ou indirecte de tissus ou de papier, le trempage, le rotomoulage, la pulvérisation ou le moulage en forme. Le traitement du plastisol est un procédé généralement connu. Pour obtenir un produit final voulu, il est nécessaire de gélifier le plastisol dans un four. A température ambiante, les plastisols ont une viscosité relativement élevée. Afin de faciliter le traitement des plastisols, il est généralement connu d'y ajouter des abaisseurs de viscosité chimiques, comme par exemple du whitespirit, des paraffines ou des composés éthoxylés ayant un faible poids moléculaire.
Un désavantage du procédé connu est que pour gélifier les plastisols, il faut les chauffer à des températures de l'ordre de 170 à 190 C, températures supérieures au point d'ébullition de certains abaisseurs de viscosité. Ceci a pour conséquence que, durant la gélification, ces abaisseurs de viscosité se volatilisent avec les gaz de combustion du four, polluant ainsi l'environnement ou nécessitant un traitement de purification par filtrage ou brûlage.
Un autre désavantage du procédé connu est qu'une fraction de certains abaisseurs de viscosité restent dans le produit fini et se volatilise ensuite lentement, notamment à l'intérieur d'habitations, causant à nouveau une pollution. A cause de ces phénomènes d'exudation, les possibilités d'ajonction d'abaisseurs de viscosité chimiques sont donc limitées. Un plus grand abaissement de la viscosité est alors obtenu en faisant appel à des plastifiants ayant un faible poids molécu-
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laire. Toutefois, ces derniers plastifiants s'évaporent également partiellement lors de la gélification du plastisol causant ainsi une nouvelle source de pollution ou nécessitant une opération de purification onéreuse.
L'invention a pour but de réaliser un procédé de traitement d'un plastisol qui nuit sensiblement moins à l'environnement, sans faire appel à un traitement de purification onéreux.
A cette fin, un procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on détermine, pour au moins un taux de cisaillement prédéterminé, une courbe de viscosité du plastisol à traiter en fonction de la température, on détermine ensuite une viscosité à laquelle il faut abaisser celle dudit plastisol à traiter et, à l'aide de ladite courbe, on détermine la température qui correspond à cette viscosité et l'on amène ledit plastisol à traiter à ladite température déterminée.
La viscosité est un facteur important dans le traitement du plastisol. La viscosité est très dépendante de la température et de la composition du plastisol utilisé. En déterminant d'abord ladite courbe pour le plastisol à traiter, on parvient à déterminer exactement la température à laquelle il faut amener le plastisol pour obtenir la viscosité désirée en fonction de son application.
Le procédé suivant l'invention permet donc par une gestion appropriée de la température du plastisol d'amener ce dernier à une viscosité désirée en fonction de l'application. Ainsi le procédé suivant l'invention permet d'abaisser la viscosité du plastisol sans apport d'abaisseurs de viscosité chimiques. Puisqu'il s'agit d'un traitement thermique et non chimique du plastisol, le procédé suivant l'invention offre une solution sensiblement moins polluante, car l'utilisation de produits polluants est éliminée ou fortement réduite.
Il faut noter que le principe même de la diminution de la viscosité d'un plastisol par augmentation de la température dans une plage bien définie, est connu en soi. Toutefois, si le plastisol est chauffé à une température située en dehors de cette plage, les particules de PVC gonflent par absorption du plastifiant provoquant ainsi une augmentation rapide de la viscosité. L'invention se base
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essentiellement sur la notion qu'il faut d'abord déterminer ladite courbe de viscosité pour permettre de déterminer la température à laquelle le plastisol doit être amené pour obtenir la viscosité voulue. La relation entre la température et la viscosité dépend de plusieurs facteurs, comme par exemple le type de plastisol et de plastifiant, le taux de cisaillement ou les charges utilisées.
La détermination de ladite courbe permet de tenir compte desdits facteurs et de trouver la température adéquate pour obtenir la viscosité voulue.
La solution suivant l'invention va tout à fait à l'encontre de la technique habituelle utilisée depuis des années, notamment l'utilisation d'abaisseurs de viscosité chimiques.
Une première forme préférentielle d'un procédé suivant l'invention est caractérisé en ce ladite courbe est déterminée pour une plage de températures située entre 15 et 70 C. C'est généralement à l'intérieur de cette plage qu'est située la viscosité minimale.
Pour cette raison, il suffit de se limiter à cette plage pour déterminer ladite courbe.
De préférence, on sélectionne une viscosité minimale indiquée par ladite courbe. Généralement, c'est lorsque la viscosité est la moins élevée que le traitement du plastisol se fait le plus aisément.
Une deuxième forme préférentielle d'un procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que ledit plastisol à traiter est amené à ladite température déterminée juste avant son application et préalablement à sa gélification. La viscosité peut augmenter dans le temps. Pour cette raison et pour des raisons d'économie (ne pas chauffer inutilement), la mise à température est de préférence faite juste avant l'application.
Une première forme préférentielle d'un dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce lesdits moyens pour modifier la température sont reliés à une unité de contrôle agencée pour vérifier si la température est maintenue à ladite température déterminée et pour produire un signal de contrôle en cas contraire. Ceci permet de contrôler si la température se maintient à la valeur indiquée et donc si la viscosité se maintient au taux indiqué.
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De préférence, le dispositif suivant l'invention comporte une boucle fermée reliant une sortie à une entrée et agencée pour réinjecter à ladite entrée au moins une fraction du plastisol traité et débité à ladite sortie. Ceci permet de mieux contrôler la température sans être perturbé par des variations dans le débit.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail à l'aide des dessins dans lesquels :
La figure 1 illustre schématiquement le procédé suivant l'invention.
La figure 2 illustre une courbe de la viscosité en fonction de la température.
La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'une unité de préchauffage suivant l'invention.
Dans les dessins, les mêmes références ont été assignées aux mêmes éléments ou éléments analogues.
Le plastisol à traiter est temporairement stocké dans un réservoir 1 comme illustré à la figure 1. Le plastisol y est stocké à température ambiante normale, par exemple entre 15 et 25OC. A partir de ce réservoir, le plastisol est amené, via une conduite 2, vers une unité 3 de chauffage et de réglage de températute, où il sera amené à une température située entre 15 et 70 C. Le plastisol porté à la température voulue est alors amené, via une conduite 4, vers une unité 5 de traitement ultérieur définie par l'application du plastisol, qui comporte un four 6 de gélification. Il va de soi que d'autres traitement peuvent encore être appliqués au plastisol après gélification.
Toutefois, ces traitement ne seront pas décrits car, d'une part, ils sont connus et, d'autre part, ils sortent du cadre de la présente invention.
La figure 2 illustre un exemple d'une courbe indiquant la relation entre le viscosité (v) d'un plastisol (axe vertical) et la température (T) (axe horizontal). Dans l'exemple illustré, le plastisol utilisé est composé de 100 p. p. poids de PVC Vestolit E 7001 et de 67 p. p. poids de plastifiant Vestinol-AH Di- (2-éthylhexyl)-phtalate (Vestolit et Vestmol sont des marques déposées de la société Hüls Chemische Werk A. G. ). La température (T) est exprimée en degrés
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Celsius et la visocisté en Poise. La courbe a été déterminée pour un taux de cisaillement (shear rate) d'à peu près 100 s -1.
La viscosité d'un plastisol dépend de plusieurs facteurs qui tous auront leur influence sur la courbe donnant le rapport entre la viscosité et la température. Le type de PVC utilisé dans le plastisol est un de ces facteurs. Dans les plastisols basés sur du PVC de type à émulsion, la viscosité décroit en fonction du pourcentage d'émulsifiant ajouté. La dimension des particules utilisées en tant qu'émulsifiant influence également la viscosité.
Plus la porosité du PVC de type à émulsion est élevée, plus élevée sera l'absorption du plastifiant et le gonflement des particules, provoquant ainsi une viscosité plus élevée à la même température que celle d'un PVC moins poreux.
La concentration du plastifiant dans le plastisol influence également la viscosité. Plus cette concentration est élevée et plus le plastisol sera liquide. Cette concentration est donc un élément déterminant pour la viscosité tout comme le type de plastifiant.
Le poids et la structure moléculaire du plastifiant influencent la vitesse d'absorption par le PVC dudit plastifiant et donc la viscosité du plastisol. Ainsi des plastifiants de faible poids moléculaire mèneront à une viscosité du plastisol intiale plus basse mais à une augmentation plus rapide de la viscosité dans le temps.
Le taux de cisaillement (shear rate) influence également la viscosité.
Les agents stabilisants influencent dans une mesure moindre la visocité du plastisol à cause de leur concentration généralement peu élevée. Les charges mènent plutôt à une augmentation de la viscosité, mais leur influence peut être réduite par un choix approprié. Ainsi, un mélange de charges ayant une granulométrie non homogène mènera à une viscosité moins élevée qu'un mélange homogène.
Tout ceci démontre que plusieurs facteurs influencent la viscosité du plastisol et que, pour mieux le contrôler, il faut tenir compte de chacun de ces facteurs. Puisque la température influence fortement la viscosité du plastisol et que le facteur de température
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est facilement contrôlable sans entraîner des conséquences nocives pour l'environnement, le procédé suivant l'invention comporte une détermination de la courbe de la viscosité du plastisol à traiter en fonction de la température. En déterminant cette courbe pour chaque plastisol à utiliser, on procure un excellent moyen de contrôle de la viscosité du plastisol, car la courbe tient compte des propriétés et de la composition spécifique du plastisol puisqu'elle a été déterminée pour celui-ci.
Lorsque la courbe a été déterminée, le fabricant possède une image fiable de la variation de la viscosité en fonction de la température. Du fait que pour traiter un plastisol, le problème réside généralement dans l'abaissement de la viscosité, la courbe est de préférence déterminée pour une plage de températures située entre 15 et 70 C, car c'est dans cette plage que se situe généralement le taux minimum de viscosité.
Après avoir déterminé ladite courbe, on détermine la viscosité à laquelle il faudra abaisser celle du plastisol à traiter.
Cette viscosité est déterminée en fonction de l'application ultérieure.
Généralement, cette viscosité sera minimale (v figure 2), car plus le plastisol est liquide et mieux il se laissera traiter. Toutefois, certains traitements peuvent également nécessiter des viscosités plus élevées, par exemple v..
Lorsque la viscosité a été déterminée, on déterminera ensuite, à l'aide de la courbe, la température qui correspond à cette
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viscosité. Ainsi, par exemple, lorsque v m ou vIa été choisi, la température correspondante sera respectivement de 42, 5 C ou de 35OC. Le plastisol est ensuite amené, soit par chauffage, soit par refroidissement, à la température déterminée et ceci en fonction de la température de départ à laquelle il se trouvait.
Le procédé suivant l'invention exploite donc la relation bien précise qui existe entre la température et la viscosité et ceci pour chaque type de plastisol. Le fait de connaître cette relation permet d'abaisser la viscosité du plastisol de façon précise par un simple contrôle de température et sans nuisance substantielle pour l'environnement.
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L'unité de chauffage permettant de chauffer et de régler la température du plastisol sera maintenant décrite plus en détail à l'aide de la figure 3. La conduite 2 relie le réservoir à une entrée de l'unité 3 de chauffage afin d'introduire le plastisol dans l'unité. A l'intérieur de l'unité de chauffage, le plastisol est conduit au travers d'un premier serpentin 8 enroulé autour d'un élément de chauffage 7. Cet élément de chauffage est par exemple formé par une résistance électrique reliée à un régulateur 15. Afin de prévoir un contrôle de température supplémentaire, un élément de refroidissement formé par un second serpentin 9 est de préférence placé parallèlement au premier serpentin. A travers ce second serpentin circule un liquide de refroidissement, par exemple de l'eau.
Au cas où le plastisol ne doit être que refroidi, la résistance électrique est débranchée et le liquide circulant dans le second serpentin est refroidi à la température voulue.
A la sortie de l'unité de chauffage, il est prévu une première vanne 11 à trois voies sur la conduite 4 du plastisol reliant l'unité de chauffage 3 vers l'unité de traitement 5 définie par l'application afin d'introduire le plastisol dans l'unité de traitement.
Une des sorties de cette vanne 11 est reliée à une autre conduite 12 qui traverse l'unité de chauffage pour rejoindre une seconde vanne 14 à trois voies. Cette construction permet de maintenir un débit de plastisol à travers le premier serpentin 8 et ainsi de mieux contrôler la température du plastisol qui circule à travers ce serpentin. Le débit de plastisol à travers le premier serpentin 8 est ainsi moins dépendant du débit de prélèvement à la sortie de la vanne 11.
Un capteur 13 de température, par exemple formé par un thermocouple, est placé en amont de la vanne 11. Ce capteur est relié au régulateur 15. Le capteur mesure, soit en permanence, soit à des intervalles réguliers, la température du plastisol à la sortie de l'unité de chauffage et transmet cette information au régulateur. Le régulateur 15 détermine alors, en fonction des données de température reçues, le courant à fournir à l'élément de chauffage 7, ou le degré d'ouverture de la vanne 18 qui contrôle le débit du liquide de refroidissement dans le second serpentin 9.
A cette fin, le régula-
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teur vérifie si la température telle que mesurée correspond à la température déterminée et il produit un signal de contrôle transmis soit à l'élément de chauffage, soit à la vanne 18, si la température ne correspond pas à la valeur déterminée.
De préférence, un deuxième capteur 19, également formé par un thermocouple est placé dans la conduite, reliée au second serpentin, pour mesurer la température du liquide qui circule dans le second serpentin 9. Le deuxième capteur est également relié au régulateur 15 permettant ainsi de tenir compte de la température du liquide de refroidissement fourni au second serpentin.
L'élément de chauffage 7 et les serpentins 8 et 9 sont de préférence immergés dans un bain d'huile afin de maintenir l'ensemble à une température uniforme. Un troisième capteur 17 est de préférence placé à l'intérieur de l'unité 3. Ce troisième capteur est également relié au régulateur 15. Ainsi, le régulateur peut également tenir compte de la température du bain d'huile.
De préférence, les parois de l'unité 3 de chauffage sont pourvues d'une matière isolante afin de limiter les pertes de chaleur.
L'unité de chauffage permet de chauffer le plastisol avant qu'il soit soumis à gélification. Comme décrit au préalable, la viscosité du plastisol étant très sensible à la température, il est important de contrôler soigneusement la température du plastisol qui circule à travers le premier serpentin 8. En effet, il faut que le plastisol soit amené et maintenu à la température telle que déterminée à l'aide de ladite courbe comme décrit au préalable.
Lorsque la viscosité du plastisol à trairer a été déterminée à l'aide de ladite courbe et que la température qui correspond à cette viscosité a également été déterminée, le régulateur 15 est positionné sur cette température déterminée. Lors du fonctionnement de l'unité de chauffage, le régulateur veillera à maintenir cette température à l'intérieur du premier serpentin 8 dans lequel circule le plastisol.
Le procédé suivant l'invention permet donc d'abaisser la viscosité du plastisol sans apport d'abaisseurs chimiques de viscosité.
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Le procédé suivant l'invention pollue ainsi sensiblement moins l'environnement.
Comme décrit précédemment, la viscosité d'un plastisol est également fonction du temps. A température stable la viscosité du plastisol augmente dans le temps. Plus la température est élevée, plus la viscosité sera influencée par ce phénomène. Pour cette raison, il est nécessaire que le chauffage du plastisol se fasse juste avant l'application et préalablement à la gélification du plastisol et non au niveau du stockage du plastisol.
Un autre avantage du procédé suivant l'invention est que, le plastisol étant déjà préchauffé, il faudra fournir moins de chaleur pour atteindre la phase de gélification, ce qui permet d'utiliser dans la formulation du plastisol des plastifiants à poids moléculaires plus élevés qii induisent des températures de gélification plus élevées, que ceux utilisés dans les formules classiques.
Le procédé suivant l'invention permet également une plus grande liberté dans le choix des plastisols. En effet, plus le poids moléculaire du plastifiant utilisé dans le plastisol sera élevé, plus il faudra des abaisseurs de viscosité suivant le procédé connu.
Toutefois, il n'est pas possible d'ajouter à volonté ces abaisseurs chimiques sans attaquer les propriétés du produit final. Pour cette raison, il faut, suivant le procédé connu, se limiter à certains plastifiants ayant un poids moléculaire réduit pour certaines applications, comme par exemple lors de l'utilisation de moules multiformes.
Puisque l'apport de ces abaisseurs chimiques n'est plus nécessaire dans le procédé suivant l'invention, une plus grande liberté est laissée dans le choix des plastifiants.
Lorsque la capacité calorifique maximale des fours de gélification est nécessaire pour gélifier les plastisols aux vitesses de circulation desdits plastisols dans les fours, le procédé suivant l'invention rend également possible l'augmentation des vitesses de circulation puisque, grâce au préchauffage du plastisol, la quantité de chaleur à apporter au plastisol pour le gélifier sera moindre.