SETUP PERFORMANCE. Élargir les secteurs d applications d un polymère de commodité par le greffage de monomères en le rendant post-réticulable

Transcription

1 SETUP PERFRMACE Élargir les secteurs d applications d un polymère de commodité par le greffage de monomères en le rendant post-réticulable enri Sautel Innov days 19 Juin

2 SETUP une société d innovation Depuis 2006, SETUP performance démontre tout l intérêt financier et technique que représente l extrusion réactive pour résoudre rapidement les nouvelles problématiques de leurs clients. Créer Développer Améliorer Prototyper des matières plastiques Mettre au point des procédés d extrusion réactive ptimiser et rendre possible de nouvelles réactions A partir d un réseau industriel international, Setup Performance met au point la matière, répondant à un objectif de prix, visant un marché potentiel et ses clients pilotes. 2

3 L expertise de Setup Performance Greffer des polymères et des copolymères avec des monomères : - anhydride maléique, - glycidyl methacrylate, - Silane, - Epoxy, Isocyanates, etc Vulcaniser un élastomère dans une phase thermoplastique continue (TPV) Polymériser des polyuréthanes thermoplastiques (TPU) par polyaddition Polymériser des polyamides et des polyesters par ouverture de cycles Créer des polymères verts, bio sourcée, ou hybride Recyclage: booster les propriétés de matières régénérées 3

4 L extrusion réactive Une technologie de réaction et de formulation simple : dérivée des machines traditionnelles de transformation des matières plastiques sure : la réaction est rapide et confinée dans un faible volume économique : la production est continue et automatisable 4

5 L extrusion Bi vis, un réacteur polyvalent Réactions possibles : Polymérisation / copolymérisation Greffage Fonctionnalisation Compatibilisation Composés utilisables : Polymères Monomères / prépolymères Charges actives Réactifs 5

6 Pourquoi réticuler des polymères thermoplastiques Pour doter les matières thermoplastiques standard de résistances thermiques et chimiques proches des matières thermodurcissables tout en conservant leur capacité à être transformées pour fabriquer des produits finis en grande série 6

7 Positionnement des thermoplastiques post-réticulables Une évolution pour des matières plastiques de plus en plus performantes Matière vulcanisée caoutchouc Bakélite Epoxy Matière thermoplastique commodité PVC Polyoléfine PET PS Matière thermoplastique technique PBT PEBA TPU PA PMMA, PC PPS, PEEK,PVDF 7

8 Le prix, un facteur décisif Matière Plastique de commodité Matière Plastique à haute température Matière Plastique Technique PS PMMA PVC PEI PC PAI LCP PSU PTFE 300 C PA 4-6 PM PA 11 PA 12 Prix 150 C 100 C Les matières hautes performances sont obtenues à partir d une chimie de spécialité, elles sont donc plus onéreuses. Les matières de commodité, moins chères, ont des températures d utilisation insuffisantes. La réticulation permet à faible coût de compenser les carences de chacune. Amorphe Semi Cristallin 8

9 Des applications de polymères post-réticulables Les polyéthylènes : PEX Câblerie Réservoirs d eau Tuyaux d eau sanitaire Les polyuréthanes :TPU X Joints haute température ou haute fréquence Pièces soumises au fluage Meilleure résistance chimique 9

10 Les techniques de greffage par extrusion réactive Pour les polymères peu polaires, on utilise des peroxydes pour créer des radicaux libres qui permettent de greffer des alcoxy-silanes. La matière greffée est un thermoplastique qui peut être injecté, extrudé et roto moulé, en présence d un catalyseur. La pièce obtenue voit sa structure évoluer en un réseau réticulé grâce à l hydrolyse des ponts silanes. Pour les autres polymères, on se sert de fonctions polaires type alcool ou amine pour greffer un isocyanate ou un epoxy-silane. 10

11 Exemple 1: Greffage du PE par extrusion réactive L introduction en phase fondue d un peroxyde, permet de greffer un vinyle silane sur la chaîne polyoléfine en faisant réagir la double liaison. C Peroxyde Si 3 C Si C 3 C 3 Groupement hydrolysable 11

12 Exemple 2: Greffage du TPU par extrusion réactive 12 Le long des chaînes de polyuréthane ou sur les fins de chaîne hydroxyle d un polyester, le greffage un diisocyanate est très rapide. => Ces chaines pendantes sensibles à l eau permettent la création des ponts inter-chaînes Exemple d un polyuréthane C C n n R C C R

13 Après hydrolyse de la pièce finie la matière est réticulée Réseau moléculaire plus dense et mobilité des chaînes réduite = Meilleure résistance chimique (stress-cracking) Résistance diélectrique est plus élevée Meilleure résistance à l abrasion Meilleure tenue au fluage (au dessus de la température de fusion la matière ne coule plus) Meilleure résistance en compression à chaud ou même à température ambiante (DRC) 13

14 Influences sur le polyéthylène Mesure du comportement visco élastique d un Polyéthylène haute densité Comparaison en DMA d un PED et d un PED X PED reticulé = pas de fluage, même après la fusion PED non reticulé = fluage 14

15 Les autres atouts du PEX Résistance au claquage électrique supérieure Résistance au solvant Résistance à l usure Résistance au fluage à chaud Effet mémoire de forme à chaud 15

16 Influences sur le polypropylène Le produit réticulé flue moins à T amb. ou aux températures > 100 C La cristallinité n est pas modifiée Le produit ne coule pas après la fusion de la phase cristalline 16

17 Les autres atouts du PPX PP PP omo PP omo réticulé MVR (230 C/2,16 kg) (cm 3 /10 min) (greffé) Module de flexion (MPa) Contrainte seuil (MPa) Allongement à la rupture (%) >50 41 Allongement au seuil (%) Choc Charpy n.e à 23 C ( kj/m² ) 110 >190 dt B 0,45 MPa ( C) ot set test (140 C / 24h / 2,16 kg), Allongement ( %) 22 4 le module de flexion + 50% la contrainte au seuil + 40% la tenue au choc + 75% la T de fléchissement + 25 C. Brevet Setup déposé, recherche de partenaire de développement 17

18 Influences sur le TPU La réticulation permet de tenir jusqu à 180 C pendant plusieurs jours. Cette matière a un comportement similaire à un élastomère fluoré. 18

19 Les autres atouts du TPU X Propriétés équivalentes en traction et abrasion Résistance à 125 C en continu, voire 150 C Tenue à 200 C en pointe Propriété de fluage améliorée (DRC, hot set test) Tenue aux huiles nettement améliorée TPU ester TPU ester réticulé Dureté 87 sha 90 sha Contrainte max 35 MPa 34 MPa All % max 500 % 300 % T fusion 185 C Aucune Contrainte après 7 jours dans huile à 150 C A 20 MPa Allongement après 7 jours dans huile à 150 C A 400 % Brevet Setup n EP , recherche de partenaire de développement 19

20 Influences sur les Polyester bloc éther Légère augmentation de la dureté Résistance au fluage à chaud exceptionnelle Résistance en DRC à 100 C 22 h à 35 % 20

21 La réticulation, une technique économique, permet de réduire les coûts matières PE PEX Cuivre PA Une simple opération de compoundage permet à la matière de changer son niveau technique. PP TPU PPX TPU X PA PBT FKM AEM L extrusion réactive permet de modifier en continu une matière qui, dans tous les cas, doit être compoundée. PEBE PEBE X PA FKM La post-réticulation par hydrolyse évite le surcoût d un post traitement. 21

22 En conclusion L extrusion réactive permet de : Doper vos polymères par la réticulation Créer des nouvelles fonctions par greffage Changer la polarité de vos polymères Valoriser efficacement vos déchets uvrir la voie aux polymères biosourcés ou hybrides L extrusion réactive c est un procédé: Simple et robuste Souple et flexible Accessible et industriel Cette technologie n est pas seulement valable pour des polymères de commodités, nous travaillons déjà sur des alliages très techniques à base de PPS, PEEK, LCP ect. 22