Résumé : L'application du domestiquehydroxypropylméthylcelluloseOn a introduit, au lieu d'un produit importé, un matériau pour la production de PVC à haut degré de polymérisation. Les effets de deux types d'hydroxypropylméthylcellulose sur les propriétés du PVC à haut degré de polymérisation ont été étudiés. Les résultats ont montré qu'il était possible de substituer l'hydroxypropylméthylcellulose locale à celle importée.
Les résines PVC à haut degré de polymérisation (HPRP) sont des résines PVC dont le degré de polymérisation moyen est supérieur à 1 700 ou qui présentent une structure légèrement réticulée entre les molécules. Parmi celles-ci, les résines PVC à degré de polymérisation moyen de 2 500 sont les plus courantes [1]. Comparées aux résines PVC ordinaires, les résines HPRP offrent une résilience élevée, une faible déformation rémanente, une bonne résistance à la chaleur, au vieillissement, à la fatigue et à l’usure. Elles constituent un substitut idéal au caoutchouc et peuvent être utilisées dans la fabrication de joints d’étanchéité automobiles, de fils et câbles, de cathéters médicaux, etc. [2].
La méthode de production du PVC à haut degré de polymérisation repose principalement sur la polymérisation en suspension [3-4]. Dans ce procédé, le dispersant est un agent auxiliaire essentiel ; son type et sa quantité influent directement sur la forme et la granulométrie des particules, ainsi que sur l’absorption du plastifiant par la résine PVC finale. Les systèmes de dispersion les plus couramment utilisés sont les systèmes à base d’alcool polyvinylique et les systèmes composites à base d’hydroxypropylméthylcellulose et d’alcool polyvinylique, ces derniers étant majoritairement privilégiés par les fabricants chinois [5].
1. Matières premières principales et spécifications
Les principales matières premières et spécifications utilisées dans le test sont présentées dans le tableau 1. On peut constater dans le tableau 1 que l'hydroxypropylméthylcellulose domestique sélectionnée dans cet article est conforme à l'hydroxypropylméthylcellulose importée, ce qui constitue une condition préalable au test de substitution présenté dans cet article.
2 Contenu du test
2.1 Préparation d'une solution d'hydroxypropylméthylcellulose
Versez une certaine quantité d'eau déminéralisée dans un récipient et chauffez-la à 70 °C. Ajoutez progressivement de l'hydroxypropylméthylcellulose sous agitation constante. La cellulose flotte d'abord à la surface, puis se disperse progressivement jusqu'à homogénéité. Laissez refroidir la solution jusqu'au volume indiqué.
Tableau 1 Principales matières premières et leurs spécifications
| Nom de la matière première | Spécification |
| monomère de chlorure de vinyle | Score de qualité ≥ 99,98 % |
| Eau dessalée | Conductivité ≤ 10,0 μS/cm, pH 5,00 à 9,00 |
| Alcool polyvinylique A | Degré d'alcoolyse : 78,5 % à 81,5 %, teneur en cendres : ≤ 0,5 %, matières volatiles : ≤ 5,0 % |
| Alcool polyvinylique B | Degré d'alcoolyse : 71,0 % à 73,5 %, viscosité : 4,5 à 6,5 mPa·s, matières volatiles : ≤ 5,0 % |
| Alcool polyvinylique C | Degré d'alcoolyse : 54,0 % à 57,0 %, viscosité : 800 à 1 400 mPa·s, teneur en matières solides : 39,5 % à 40,5 %. |
| Hydroxypropylméthylcellulose A importée | Viscosité 40 à 60 mPa·s, fraction massique de méthoxyle 28 à 30 %, fraction massique d'hydroxypropyle 7 à 12 %, humidité ≤ 5,0 % |
| Hydroxypropylméthylcellulose B domestique | Viscosité 40 à 60 mPa·s, fraction massique de méthoxyle 28 à 30 %, fraction massique d'hydroxypropyle 7 à 12 %, humidité ≤ 5,0 % |
| Bis (2-éthylhexyl peroxydicarbonate) | Fraction massique [ (45 ~ 50) ± 1] % |
2.2 Méthode d'essai
Sur un dispositif d'essai miniature de 10 L, des tests de référence ont été réalisés avec de l'hydroxypropylméthylcellulose importée afin de déterminer la formule de base. Pour les essais ultérieurs, de l'hydroxypropylméthylcellulose locale a été utilisée en remplacement de l'hydroxypropylméthylcellulose importée. Les résines PVC obtenues avec différentes formulations d'hydroxypropylméthylcellulose ont été comparées afin d'étudier la faisabilité du remplacement de l'hydroxypropylméthylcellulose locale. Les résultats de ces essais miniatures ont ensuite été analysés pour la production à grande échelle.
2. 3 Étapes de test
Avant la réaction, nettoyer la cuve de polymérisation, fermer la vanne inférieure, ajouter une certaine quantité d'eau dessalée, puis le dispersant ; fermer le couvercle de la cuve, effectuer un test de pression d'azote sous vide, puis ajouter le chlorure de vinyle monomère ; après agitation à froid, ajouter l'initiateur ; utiliser un circuit d'eau pour porter la température de la cuve à la température de réaction, et ajouter régulièrement une solution de bicarbonate d'ammonium pendant ce processus pour ajuster le pH du milieu réactionnel ; lorsque la pression de réaction atteint la valeur spécifiée dans la formule, ajouter un agent de terminaison et un agent antimousse, puis récupérer le produit fini, la résine PVC, par centrifugation et séchage, et en prélever un échantillon pour analyse.
2.4 Méthodes d'analyse
Conformément aux méthodes d'essai pertinentes de la norme d'entreprise Q31/0116000823C002-2018, l'indice de viscosité, la densité apparente, la teneur en matières volatiles (y compris l'eau) et l'absorption de plastifiant de 100 g de résine PVC de la résine PVC finie ont été testés et analysés ; la taille moyenne des particules de résine PVC a été testée ; la morphologie des particules de résine PVC a été observée à l'aide d'un microscope électronique à balayage.
3. Résultats et discussion
3.1 Analyse comparative de la qualité de différents lots de résine PVC en polymérisation à petite échelle
Appuyez sur 2. Selon la méthode de test décrite en 4, chaque lot de résine PVC finie à petite échelle a été testé, et les résultats sont présentés dans le tableau 2.
Tableau 2 : résultats de différents lots de petits tests
| Lot | Hydroxypropylméthylcellulose | Densité apparente (g/mL) | Taille moyenne des particules/μm | Viscosité (mL/g) | Absorption de plastifiant de 100 g de résine PVC/g | Matières volatiles/% |
| 1# | Importer | 0,36 | 180 | 196 | 42 | 0,16 |
| 2# | Importer | 0,36 | 175 | 196 | 42 | 0,20 |
| 3# | Importer | 0,36 | 182 | 195 | 43 | 0,20 |
| 4# | Domestique | 0,37 | 165 | 194 | 41 | 0,08 |
| 5# | Domestique | 0,38 | 164 | 194 | 41 | 0,24 |
| 6# | Domestique | 0,36 | 167 | 194 | 43 | 0,22 |
Il ressort du tableau 2 : la densité apparente, l’indice de viscosité et l’absorption de plastifiant de la résine PVC obtenue sont relativement proches en utilisant différentes celluloses pour les petits essais ; la taille moyenne des particules du produit de résine obtenu en utilisant la formule nationale d’hydroxypropylméthylcellulose est légèrement inférieure.
La figure 1 montre les images MEB des produits en résine PVC obtenus en utilisant différentes hydroxypropylméthylcelluloses.
(1)—Hydroxypropylméthylcellulose importée
(2)—Hydroxypropylméthylcellulose domestique
Figure 1. Images MEB de résines produites dans un polymérisateur de 10 L en présence de différentes concentrations d'hydroxypropylméthylcellulose.
On peut voir sur la figure 1 que les structures de surface des particules de résine PVC produites par différents dispersants cellulosiques sont relativement similaires.
En résumé, il apparaît que l'hydroxypropylméthylcellulose domestique testée dans cet article peut potentiellement remplacer l'hydroxypropylméthylcellulose importée.
3.2 Analyse comparative de la qualité de la résine PVC à haut degré de polymérisation lors des essais de production
En raison du coût élevé et des risques liés aux essais de production, le remplacement complet du produit par un échantillon témoin ne peut être appliqué directement. Par conséquent, il a été décidé d'augmenter progressivement la proportion d'hydroxypropylméthylcellulose d'origine locale dans la formule. Les résultats des essais pour chaque lot sont présentés dans le tableau 3.
Tableau 3 Résultats des tests des différents lots de production
| Lot | M (hydroxypropylméthylcellulose domestique) : M (hydroxypropylméthylcellulose importée) | Densité apparente (g/mL) | Indice de viscosité (mL/g) | Absorption de plastifiant de 100 g de résine PVC/g | Matières volatiles/% |
| 0# | 0:100 | 0,45 | 196 | 36 | 0,12 |
| 1# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,11 |
| 2# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,13 |
| 3# | 1,25:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,10 |
| 4# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,12 |
| 5# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,14 |
| 6# | 2,50:1 | 0,45 | 196 | 36 | 0,18 |
| 7# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,11 |
| 8# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,17 |
| 9# | 100:0 | 0,45 | 196 | 36 | 0,14 |
Le tableau 3 montre que l'utilisation d'hydroxypropylméthylcellulose (HMP) locale a progressivement augmenté jusqu'à ce que tous les lots d'HMP locale remplacent l'HMP importée. Les principaux indicateurs, tels que l'absorption de plastifiant et la densité apparente, n'ont pas varié de manière significative, ce qui indique que l'HMP locale sélectionnée dans cette étude peut remplacer l'HMP importée en production.
4 Conclusion
Le test du domestiquehydroxypropylméthylcelluloseDes essais réalisés sur un petit dispositif de 10 L ont démontré la faisabilité du remplacement de l'hydroxypropylméthylcellulose importée. Les résultats des tests de substitution en production indiquent que, pour la fabrication de résine PVC à partir d'hydroxypropylméthylcellulose locale, les principaux indicateurs de qualité de la résine finie ne présentent aucune différence significative avec ceux de l'hydroxypropylméthylcellulose importée. Actuellement, le prix de la cellulose locale sur le marché est inférieur à celui de la cellulose importée. Par conséquent, son utilisation en production permettrait de réduire considérablement le coût des auxiliaires de production.
Date de publication : 25 avril 2024