Systèmes de traitement des polymères et SAP
La fabrication et la transformation des polymères peuvent nécessiter plusieurs opérations sur les poudres et granulés : séchage, élimination de composants volatils, mélange d’additifs, broyage, sélection granulométrique, enrobage ou modification de surface.
Hosokawa Micron propose des équipements et des systèmes intégrés pour les polymères de spécialité, les matières destinées à l’extrusion, les fractions recyclées et les polymères superabsorbants (SAP). La configuration est définie en fonction des propriétés thermiques et mécaniques du produit ainsi que des caractéristiques finales recherchées.
Séchage sous vide après synthèse
Après polymérisation, le produit peut encore contenir de l’eau, des solvants, des monomères résiduels ou d’autres composants volatils. Leur élimination doit être maîtrisée afin d’atteindre la teneur résiduelle spécifiée sans exposer inutilement le polymère à des températures élevées.
Le sécheur conique à vis Nauta® associe le vide, le chauffage indirect et une agitation à faible cisaillement. L’abaissement de la pression réduit la température d’évaporation, tandis que la vis orbitale renouvelle progressivement la matière au contact des parois chauffées.
Selon l’application, plusieurs opérations peuvent être réalisées dans la même cuve, notamment :
- l’alimentation et le mélange initial ;
- l’évaporation de l’eau ou des solvants ;
- l’élimination de composants volatils ;
- le conditionnement thermique ;
- le refroidissement ;
- la vidange.
Cette configuration limite les transferts intermédiaires. Les vapeurs évacuées peuvent être condensées afin de récupérer les solvants ou monomères lorsque leur nature et le procédé le permettent.
Préparation avant extrusion
Avant l’extrusion, certains polymères doivent présenter une faible teneur en humidité et une alimentation suffisamment régulière. Une humidité excessive peut influencer la transformation, notamment pour les polymères sensibles à l’hydrolyse.
Le séchage sous vide peut être utilisé pour préparer des polymères vierges, des intermédiaires après synthèse ou certaines fractions recyclées. Les conditions réalisables dépendent du type de polymère, de la forme des particules et de la teneur initiale en humidité ou en composants volatils.
Après séchage, la manutention et le stockage doivent être conçus de manière à limiter la reprise d’humidité et la ségrégation avant l’extrusion.
Mélange de polymères et d’additifs
Le mélangeur conique à vis Nauta® permet d’incorporer différents composants dans des poudres ou granulés polymères, par exemple :
- des pigments ;
- des stabilisants ;
- des agents antistatiques ;
- des charges minérales ;
- des auxiliaires de procédé ;
- des fractions de polymères recyclés.
Son principe de mélange convectif à faible cisaillement convient notamment aux produits dont la forme ou la granulométrie doivent être préservées. Sa géométrie conique permet de travailler avec différents volumes de remplissage et facilite la vidange.
Les fractions recyclées peuvent être prémélangées séparément ou incorporées dans une ligne semi-continue. Leur proportion et leur comportement doivent être pris en compte afin de maîtriser la composition et de limiter la ségrégation.
Enrobage et fonctionnement continu
Des pigments, liquides ou autres additifs peuvent être répartis à la surface des particules avant l’extrusion ou une étape de transformation ultérieure. Pour les procédés discontinus, cette opération peut être réalisée dans un mélangeur Nauta® équipé d’un système d’ajout de liquide approprié. Le positionnement des buses, la taille des gouttelettes et le mouvement du produit influencent la répartition obtenue.
Pour certaines applications continues, le mélangeur horizontal Modulomix peut mélanger des poudres ou granulés avec des composants solides ou liquides. Le choix entre mélange discontinu et continu dépend notamment du débit, du nombre de formulations et de la précision de dosage requise.
Broyage et sélection granulométrique
Le broyage peut être nécessaire pour produire une poudre polymère présentant une granulométrie définie ou pour préparer des fractions issues du recyclage. Le choix parmi les broyeurs fins et sélecteurs dépend de la dureté, de la fragilité, de la température de ramollissement et de la finesse recherchée. Les polymères ductiles ou thermosensibles peuvent nécessiter un refroidissement du procédé ou, dans certains cas, un broyage à basse température.
La sélection granulométrique permet de limiter les particules trop grossières ou trop fines et d’obtenir une distribution adaptée à l’application suivante.
Polymères superabsorbants
Les polymères superabsorbants (SAP) sont des réseaux polymères réticulés capables d’absorber et de retenir une quantité importante de liquide. Ils sont principalement utilisés dans les produits d’hygiène absorbants, mais également dans les câbles, certains emballages, la construction et les applications agricoles.
Dans des conditions de laboratoire, certains SAP peuvent absorber jusqu’à environ 500 fois leur propre masse d’eau déminéralisée. Leur capacité réelle dépend toutefois de la composition du liquide, de la pression exercée, de la granulométrie et du degré de réticulation.
Une faible densité de réticulation favorise généralement la capacité d’absorption, tandis qu’une réticulation plus importante produit un gel plus ferme. La formulation doit donc rechercher un équilibre entre capacité d’absorption, rétention et stabilité mécanique.
Réticulation de surface avec le Flexomix
Le mélangeur-agglomérateur Flexomix peut être utilisé pour appliquer en continu des agents liquides de réticulation à la surface des particules de SAP.
La poudre et le liquide sont dosés séparément, puis mis en contact dans la chambre de mélange. Les éléments rotatifs assurent une dispersion rapide du liquide sur les particules. La paroi flexible de la chambre contribue à limiter l’accumulation de produit pendant le fonctionnement.
Les performances du procédé dépendent notamment :
- du rapport entre la poudre et le liquide ;
- du débit d’alimentation ;
- de la vitesse du rotor ;
- de la taille des gouttelettes ;
- du temps de séjour ;
- de la température et de l’étape thermique ultérieure.
Les paramètres doivent être adaptés au SAP, à l’agent de réticulation et aux propriétés d’absorption recherchées.
Intégration du procédé
Une installation intégrée peut réunir le dosage, le séchage, le mélange, l’ajout de liquides, le broyage, la sélection, le refroidissement et le conditionnement.
Les équipements de manutention des solides ainsi que les systèmes d’automatisation et de contrôle sont adaptés à la fluidité, à la sensibilité thermique et aux risques associés aux poudres ou composants volatils. La conception peut également intégrer la condensation des vapeurs, la protection contre les atmosphères explosibles et les exigences de nettoyage.
Testez avant d’investir
Réalisez des essais avec vos matières dans l’un de nos centres d’essais. Ils permettent d’étudier le séchage, le mélange, l’ajout de liquides ou la modification de surface. Les résultats contribuent à sélectionner l’équipement, à définir les principaux paramètres et à préparer le changement d’échelle.
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Technologies de traitement durable
Hosokawa Micron conçoit des systèmes de traitement des poudres et des solides en vrac axés sur l’efficacité énergétique, l’optimisation des procédés et la performance à long terme des installations. Nous contribuons ainsi à rendre les procédés industriels plus durables.
