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Procédé de préparation de caoutchouc synthétique.
L'invention se rapporte à un procédé de préparation de caoutchouc synthétique, en particulier au séchage et au confec- tionnement de polymères caoutchouteux de butadiène, ainsi qu'à la fabrication de grumeaux de caoutchouc.
Le séchage de polymères caoutchouteux contenant de l'eau est exécuté techniquement de diverses manières. Il est par exem- ple connu de faire passer le polymère humide sous forme d'une bande mince à travers un four chauffé et aéré. Les temps de séjour sont en l'occurrence relativement longs. En outre, la matière au cours du processus de séchage est sollicitée inégale- ment en surface et à l'intérieur, ce qui peut conduire, en par-
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ticulier dans le cas de polymères sensibles, à des variations dans les propriétés technologiques* Le procédé requiert en outre une dépense d'appareillage élevée.
Dans un autre procédé de séchage on fait passer le polymère sous forme de grumeaux fins à travers un séchoir à étages, en l'occurrence la surface de la couche de grumeaux étant constant ment renouvelée par des bras d'agitation en mouvement* Par ce moyen on obtient en fait des temps de séjour plus courts,mais, d'un autre coté, la matière ici aussi est exposée à haute tem- pérature à l'influence de l'air* Dans ces deux procédés la dépense en appareillage est très importante.
Il est connu en outre de sécher des polymères caoutchou- teux, comme le caoutchouc butyle, dans une extrudeuse à via sans fin à des températures élevées* Le problème épineux dans oe procédé réside dans le fait d'obtenir un refroidissement satis- faisant de la matière séchée fortement chauffée. Si l'on refroi- dit fortement le polymère séché déjà dans la vis sans fin, ceci conduit à une charge considérable de la vis sans fin, qui a pour conséquence une diminution de capacité de production. Si par contre on laisse sortir la matière trop chaude, les parti- cules de caoutchouc ont tendance, par suite de leur collant élevé, à s'agglomérer et à former des morceaux.
De ce fait l'exécution réglée du procédé est d'autre part influencée défa- vorablement et en outre, par suite de la mauvaise conductibilité thermique du caoutchouc, ses propriétés peuvent être défavora* blement influencées par une surchauffe interne de la matière compacte. On observe particulièrement ceci lorsque la matière est pressée en des boules plus grosses. Un autre inconvénient des procédés décrits est à rechercher en outre dans le fait qu'il n'est pas possible de préparer à volonté soit un produit pressé en boules, soit une matière sous forme de grumeaux régu- liera.
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Il existe donc un besoin particulier de trouver un procédé qui permette un séchage ménagé, même de polymères caoutchouteux sensibles, suivant un mode économique, avec possibilité en l'oc- currence de réaliser ensuite un confectionnement supplémentaire de la matière, comme la fabrication de grumeaux uniformes ou le pressage en boules d'une lanière quelconque.
Or, on vient de découvrir que* l'on peut effectuer la prépa- ration de polymères caoutchouteux de butadiène, tout en évitant les inconvénients qui précédent, lorsqu'on sèche le polymère contenant de l'eau tout d'abord dans une'extrudeuse à. vis sans fin à température élevée, lorsqu'on broie la matière chaude sor- tant de la buselure de l'extrudeuse et l'arrose simultanément avec de l'eau, en l'occurrence les particules de caoutchouc humidifiées superficiellement étant alimentées ensuitadans un tambour rotatif tout en faisant passer un courait d'air à tra- vers ce tambour.
Le mode opératoire conforme à l'invention s'est -avéré par- ticulièrement avantageux dans le cas de produits caoutchouteux fortement collants, comme les copolymères à base de butadiène- acrylonitrile. Ces produits sont ici obtenus aussitôt sous forme de grumeaux réguliers dont la température est encore suffisam- ment élevée pour que d'une part un pressage irréprochable en boules soit réalisable, sans d'autre part exercer une influence défavorable sur les propriétés de la matière par suite d'une sur- chauffe interne des boules.
Sur la base des connaissances actuelles on ne pouvait pas prévoir que le séchage de ces polymères sensibles, à des tempé- ratures de plus de 200 C, pourrait se faire sans difficulté sana influencer défavorablement les propriétés technologiques de ces produits. Par un réglage adéquat de l'apport d'eau de même que de la quantité et de la température de l'air introduit, il est @ possible, de manière très simple, de faire varier la température;
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des particules de caoutchouc et de l'adapter au confectionne- ment qui suit.
La température dans l'enceinte de vaporisation de l'extru- deuee à vis sans fin peut se situer entre 100 et 275 C, la pré- férence étant donnée aux températures entre 175 et 250 C. Il convient de travailler sous une légère dépression. On assure ainsi une évacuation suffisamment rapide de l'eau vaporisée.
D'un autre coté 1'entraînement de particules de caoutchouc soli- des dans les canalisations, comme celui que l'on observe dans le travail avec un vide poussé, est largement évité.
La température de la matière séchée,au moment de la sortie hors de l'extrudeuse à vis sans fin, peut se situer entre 80 et 175 C et elle s'élève de préférence à environ 100 à 145 0.
La granulome trie des particules de caoutchouc est établie essentiellement en fonction du travail et oonfectionnement ulté- rieurs. Les particules plus grosses se laissent en fait trans- porter plus facilement, mais elles st. refroidissent toutefois plus lentement et sont plus difficiles à presser. Les particules plus petites ont par contre une plus forte tendance à s'agglomé- rer. Par contre la température de ces particules est plus facile à régler. les particules de caoutchouc découpées présentent avan- tageusement un diamètre de 4 à 15 mm et une épaisseur de 1 à 10 mm.
Suivant une particularité essentielle du procédé de la pré- sente invention, la matière préalablement séchée sortant de la buselure de l'extrudeuse doit être arrosée avec de l'eau.
L'eau nécessaire au refroidissement des particules de ca- outohouc peut être en l'occurrence dirigée en jet direct sur la plaque filière où la matière séchée quitte l'extrudeuse à via sans fin et est réduite. Il est cependant possible également de pulvériser l'eau à partir de plusieurs buaelures fines sous for- me d'un brouillard. Il est essentiel que les particules de
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caoutchouc aussitôt apr a réduction (par exemple découpage avec
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des couteaux rotatifs) soient enveloppées d'un film d'eau pour éviter un collage des particules sur les parois de l'appareil-
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lage et aW3s.i, entre elles. La quantité d'eau arrêtée est foc-
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tion de la partit"? da caoutchouc mise en jeu et de la tempéra- . ture du q* > < '.,>1,OW sortant.
Elle doit d'un autre coté 3tre éta- blia en I?t <", '"e rps T'r#tioules de caoutchouc découpées, sur le traie.' ,:'1" e"11 (>1' 11<1713 le tambour rotatif et pendant leur séjour da.. : partie avant de ce tambour, présentent encore un film d'eau en leur surface. Pour un débit de 100 kg/heure de
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caoutchouc séché, la quantité d'eau peut atteindre 2 à 25 litres
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et de Pr6e-ence 4 à 15 litres. Avantageusement l'eau est com- primée sou 1'.1113 surpression modérée par les buselures, à savoir avant8l,'',,elx'en:=Y t gout, e..jlion 2 à 5 atmosphères. La température de l'eau à :u i-- u1"''- ' ## msaion se situe ici entre 2 et 25 C.
Ti'cT- ## i ' : ' #'<-*'# '; '=6. i.re en sorte que les particules do eF..^,,,u v:'.';",, : iIl.,'T- , "- ; Taisent en contact avec le courant d'air 0'ik .. : { : Ql1eg sont Injectées d'eau. C'est pourquoi l'introd1tc ::!.vn d'air peut se flire en un endroit quelconque au- dessous ou 8j>rèa 1.'vr.- .;e .le sortie de l'extrudeuse à via sans fin, !aai9 "li!.n doit t.'} disposée en aval du dispositif d'arro- S9.EO =.' =>x ","L11'kt[':t:'lJo'"F'1t on fait passer le courant d'air de manière Ù ,.,-#' J !:' pu:1, 'oulca humides de caoutchouc soient alinent- ##,v:int le )'n"1.Hn":J le plus court possible dans le tambour roiïn if:. 1':;.'l!;;!;3:!Ofl d'air peut avoir lieu sous forme .'air ccr.-'r*. ##' on ft'1 '"-'y\'i 1',1}1 ventilateur à l'entrée du tam- i .U't'< Tii. "'4' "1)n1'1,l "',11 t \:.
H1tb!,D également d'engendrer le oôu- rx;rt .!# '#' - 1" 1r1J si 3 'pile d'un appareil de succion disposé à la pn' .-i. ui'. Dans ce cas on doit prévoir des ouvwtur* # a /''Î>;;7i '"? priées pour l'air dans la partie avant du 1: ,'."j',.V'" on el':'')'''.; ur la trémie doseuse. Cependant, on peut ég1,''-''>;,1 fqi t'J " ,r< ,,11' l'air en contre-courant par rapport
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à la direction d'avancement des particules de caoutchoue à tra- vers le tambour. Ce procédé se recommande lorsqu'on désir$ des durées de séjour élevées à l'intérieur du tambour,
La quantité d'air alimentée dépend de la quantité de caout- ohouo débitée,de la température d'entrée des particules de ca- outchouc et de leur température de sortie désirée.
La températu- re d'air peut être comprise suivant les nécessités particuliè- res entre 0 et 80 C.
En général une quantité d'air de 200 à 2000 m3/100 kg de caoutchouc et par heure est suffisante,
Par un réglage appropriée de ces facteurs on parvient à faire varier la température de sortie des particules de oaout- chouc hors du tambour dans de larges limites et à l'adapter au traitement futur. Si l'on désire comme produit final une matière en grumeaux, on maintient la température de sortie la plus basse possible, à savoir entre 10 et 25 C. en vue d'éviter un collage ultérieur des particules de caoutchouc. Par l'addition de sub- stances appropriées telles que de l'huile de silicone, de la poudre de talc ou de chlorure de polyvinyle, etc, on peut rédui- re encore davantage la tendance au collage. Ces substances peu- vent déjà être ajoutées avec l'eau à la condition qu'elles soi- ent suffisamment solubles.
Elles peuvent toutefois aussi être ajoutées aux grumeaux da caoutchouc séchés dans la partie arriè- re ou à la sortie du tambour, ou encore au cours d'un processus opératoire supplémentaire, par exemple dans un tambour de pou- . drage distinct. Ce mode opératoire se recommande particulière- ment lorsqu'on doit faire intervenir des substances solides comme la poudre de talc ou de chlorure de polyvinyle pour éviter le collage.
Si par contre les grumeaux doivent ensuite être pressés en boules, il convient de choisir des températures plus élevées pour les grumeaux de caoutchouc. La température optima, qui dé-
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pend entre autres du degré de plasticité de la matière, est le mieux dtablie par un essai préliminaire. En général des tempéra- tures entre 30 et 70 C suffisent. Dans des cas particuliers des températures encore plus élevées peuvent cependant être avanta- geuses.
La conduite de la température 4 l'intérieur du tambour de refroidissement et par conséquent aussi la température des parti* cules de caoutchouc sortantes se laisse régler aussi bien par la quantité de l'eau arrosée (froid causé par la vaporisation), par sa température, que par la température et la vitesse de air- culation de l'air alimenté. On peut donc admettre aussi bien de l'air qui est à la température ambiante que de l'air préchauf- fé dans d'autres cas.
La. dimension du tambour refroidisseur doit être établie pour qu'un, séchage suffisant des particules de caoutchouc super- ficiellement humides soit assuré en même tempe que leur mise à température au degré voulu. L'intérieur du tambour est aventa- geusement pourvu de tôles déflectrices qui d'une part produisent un mélange intense des particules de caoutchouc et d'autre part une progression en direction de la sortie du tambour. A cet ef- fet ont donné satisfaction des formes de réalisation connues, comme celles par exemple qui sont utilisées depuis longtemps pour le nettoyage de substances solides en grains, par exemple les semences. La vitesse de rotation du tambour doit être réglée pour que les particules de caoutchouc puissent tomber complète- ment au. point vertical.
Si le tambour tourne trop vîtes le dan- ger existe que les particules, par suite de la force centrifuge, adhèrent totalement ou partiellement à la paroi. Par contrer en cas de rotation trop lente, la matière est insuffisamment milan- : gée. C'est pourquoi un tambour, de l'ordre de grandeur de 1 m de diamètre, exécute environ 10 à 50 rotations par minute.
Le procédé conforme à l'invention convient de préférence @
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pour la préparation, de polymères de butadiène-acrylonitrile qui sont obtenue par polymérisation en émulsion aqueuse à l'aide d'activateurs à action radioalaire. La composition des copolymè- res ainsi que leur degr de plasticité peuvent varier dans de larges limites. Evidemment il estpossible aussi de traiter de la manière décrite des copolymères de butadiène-acrylonitrile qui contiennent encore d'autres constituants.
Comme tels seront mentionnés par exemple le styrène, les styrènes alcoylés, le chlorure de vinyle, les esters vinyliques, les esters acrylique et méthacryliques, l'acide acrylique et méthacrylique, les aci- des sulfoniques insaturés comme l'acide styrène-sulfonique, la vinylpyridine, les dérivés de l'acide maléique et de l'acide fumarique, etc. Par le procédé selon l'invention il est possible aussi de traiter des mélanges de polymères de butadiène-acrylo- nitrile et d'autres homo- ou copolynères. Dans le traitement de ces mélanges il est avantageux de mélanger les composants indi- viduels sous forme de leurs latex, de coaguler le mélange et de les sécher de la manière décrite et de les confectionner.
Comme exemple de ces mélangea on indiquera les mélanges de polymères de butadiène-acrylonitrile avec le chlorure de polyvinyle, le chlorure de polyvinylidène, des copolymères de butadiène-styrène ou styrène-acrylonitrile, le polychloroprène, le polyéthylène , les copolymères éthylène-acétate de vinyle, 1 polystyrène, l'a- cétate de polyvinyle, etc.
Par le procédé conforme à l'invention on traite principe- lement des produite caoutchouteux. Il est cependant possible sans difficulté de traiter aussi des polymères ou mélanges de polymères qui en raison de leur composition présentent un carac- tère plue thermoplastique.
C'est une caractéristique spéciale du mode opératoire dé- crit que les conditions de réaction peuvent être adaptées dans une très large mesure à chaque matière à traiter. On réussit
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ainsi à traiter de manière économique même des polymères et mélanges de polymères sensibles. Les produits traités se distin- guent par une homogénéité remarquable, qui se craduit par des propriétés technologiques très régulières.
Les produits se laissent vulcaniser de la manière habitu- elle avec addition d'agents auxiliaires, charges, pigments, etc, connus, et trouvent une utilisation dans le secteur des élasto- mères pour la fabrication d'articles de forme, de joints d'étan- ohéisation, etc. Les produits doués d'un caractère plus thermo- plastique se laissent travailler de manière connue par exemple suivant le moulage par injection en des articles de forme, qui se distinguent par des propriétés particulières telles que la ténacité, la résistance au choc, la résistance envers la corro- sion due aux tensions, etc.
Exemple.
(les Valeurs numériques entre parenthèses se rapportent au dessin).
Un latex, préparé par polymérisation en émulsion, d'un copolymère à 62 parties de butadiène et à 38 parties d'acrylo- nitrile, ayant une teneur en matières solides d'environ 30%, est coagulé de la manière usuelle avec une solution de sel de cuisi- ne à environ 15%. Les grumeaux humides lavés plusieurs fois, qui présentent une teneur en eau de 60 à 70%. sont séchée dans une extrudeuse à vis sans fin (1), équipée d'un arbre double, dans laquelle règne un vide d'environ 35 mm de Hg. La températu- re dans 1' enceinte de vaporisation 2 de l'extrudeuse est compri- se entre 220 et 230 C. La production s'élève à 250 kg par heure ur la base de la matière mèche.
Le produit méché, qui est re- froidi à l'intérieur de l'extrudeuse à environ 125 *C, est pressé à travers une plaque filière (3) qui présente 30 buselures d'un diamètre de 6 mm. Au moyen d'une croix à lames rotative (4), disposée l'arrière de la.,plaque filière, les fils de oaout-
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ohouo qui sortent sont découpés en partidules d'une épaisseur de 2 mm. La plaque filière est arrosée par des buselures (5) qui se trouvent en face et qui sont disposées circulairement à raison de 16 litres d'eau par heure.
Les particules de caout- chouc tombent dans un tambour rotatif (6) qui présente une lon- geur de 4 m et un diamètre do 1 m. A l'intérieur du tambour sont montées des tôles qui entrainent les grumeaux vers le haut pendant la rotation. Une partie de ces tôles est disposée de telle manière que les particules de caoutchouc avancent lente- ment. Le tambour effectue 15 rotations par minute. A l'aide d'un dispositif de succion (7) à la fin du tambour on aspire 1500 m3 d'air par heure à travers le tambour. La matière séchée et re- froidie à environ 40 C tombe sous la forme de grumeaux uniformes qui ruissèlent librement. La matière se laisse bien façonner en boules dans une presse.
Si l'on élève la quantité d'eau à 24 litres par heure et que l'on augmente en même temps le courant d'air jusqu'à 3000 m par heure, la température des particules de caoutchouc qui sor- tent n'est plus que de 24 C. Lorsque les grumeaux sont traités dans un second tambour avec de la poudre de talc, ils se prêtent à la conservation sans qu'un collage des particules se produise.
REVENDICATIONS.
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