Réacteurs de Polymérisation Propres : Elimination de croûtage et coagulation dans des réacteurs de polymérisation – CLEANPOLY

La coagulation des latex et, plus largement, l’encrassement des réacteurs, sont depuis des années des problématiques majeures de l’industrie. Toutefois, ces sujets ont attiré peu d’attention de l’académie. Le consortium du projet CLEANPOLY a été créé afin d’identifier les causes physicochimiques fondamentales de ces phénomènes dans le but final de les éliminer. L’objectif global de ce projet est le suivant :

Maintenir les réacteurs aussi propres et efficaces que possible par l’amélioration de notre compréhension des phénomènes de stabilisation des particules, l’identification et la quantification des mécanismes de déstabilisation qui conduisent à des coagulums libres et/ou à des dépôts sur les parois du réacteur.

Cette connaissance permettra de proposer des protocoles d’opération industriels, des designs de procédés et des formulations alternatives pour réduire les pertes et améliorer l’efficacité du procédé et la qualité du produit. Les protocoles seront testés à l’échelle laboratoire ainsi qu’à l’échelle pilote. Le contexte de cette étude est important : il s’agit d’appliquer la science fondamentale pour résoudre une problématique très fréquente du monde réel. Nous travaillerons sur 2 polymères importants pour l’industrie locale : le polyfluorure de vinylidène (PVDF) sera le polymère de référence pour la polymérisation en émulsion (EP), le polychlorure de vinyle (PVC) servira de référence pour la polymérisation en (micro)suspension. Une formulation modèle par produit sera choisie. Les 2 industriels produisent évidemment de nombreux grades de compositions variées et dans différentes conditions de réaction, mais le focus du projet CleanPoly se fera sur la compréhension fondamentale des phénomènes qui provoquent l’encrassement et la coagulation (et comment les contrôler) plutôt que sur l’étude de formulations spécifiques.

Avant de débuter la phase expérimentale du projet, les 2 doctorants du consortium CleanPoly utiliseront des outils développés dans un projet ANR précédent pour réaliser des simulations des écoulements (CFD) dans les réacteurs et autres équipements. Cela permettra de concevoir des expériences qui seront représentatives des conditions d’écoulement (qui jouent clairement un rôle clé dans les phénomènes d’encrassement et de coagulation) dans les équipements réels, nous permettant de nous concentrer sur des conditions commercialement pertinentes pour les expériences de laboratoire menées au cours du projet. La partie expérimentale du projet sera réalisée sous la forme de 2 projets de thèse, chacune dédiée à un produit modèle, le PVDF pour la polymérisation en émulsion et le PVC pour le procédé en microsuspension. Chaque procédé présente des mécanismes de stabilisation propres. Le doctorant responsable des formulations PVDF débutera avec le développement d’un programme expérimental pour l’étude, la caractérisation et l’élimination de la coagulation. L’autre doctorant se focalisera sur les microsuspensions PVC et développera un programme pour l’élimination de l’encrassement. Lorsque la première phase expérimentale sera réalisée, les étudiants permuteront leurs priorités et utiliseront le programme de leur collègue afin d’étudier le phénomène sur lequel ils ne se seront pas encore focalisés. Le résultat escompté de ce projet est la compréhension des mécanismes d’encrassement et de coagulation.

En collaboration avec les doctorants, un étudiant postdoctoral fera une série de propositions pour maintenir la propreté des réacteurs de polymérisation qui seront testées à l’échelle laboratoire ainsi que dans des équipements pilote en collaboration avec les partenaires industriels.

Il est attendu que ce projet ait un impact significatif sur les procédés de production des 2 partenaires industriels, Arkema et KemOne, leur permettant de réduire leurs déchets, d’augmenter leur productivité et, éventuellement, d’accélérer les phases de développement et de scale-up de nouveaux produits.