Introduction aux auxiliaires de transformation des polymères (PPA) et aux mélanges-maîtres

1. Introduction aux auxiliaires de transformation des polymères (PPA) et aux mélanges-maîtres

Concernant le dosage, les concentrations de PPA sont généralement contrôlées entre 150 et 1500 ppm (en poids), sans dépasser 2000 ppm. Pour garantir une dispersion homogène et une efficacité optimale, il est généralement recommandé d'utiliser un mélange-maître contenant de 2 % à 3 % de PPA.

2. Principe de fonctionnement d'un PPA

Dans les procédés industriels actuels en Europe et en Amérique, les adjuvants de transformation contenant des fluoropolymères sont largement utilisés pour améliorer les performances des polymères. Lorsqu'ils sont mélangés à la matière fondue dans une extrudeuse, la tension superficielle les amène à migrer vers la surface de la matière fondue et à adhérer aux surfaces métalliques de l'extrudeuse, formant ainsi un film lubrifiant (voir figure 1).

[Figure 1 : Schéma du principe de fonctionnement des auxiliaires de traitement fluoropolymères]

Il est à noter que ce film lubrifiant est dynamique : il est continuellement évacué tout en étant simultanément renouvelé. Pour assurer la formation continue de ce film lubrifiant sur la surface métallique de la tête d’extrusion, un niveau minimal d’additif doit être maintenu.

3. Applications et effets du PPA dans la transformation des matières plastiques

3.1 Amélioration des performances du procédé d'extrusion plastique

Le PPA permet de réduire, voire d'éliminer, l'accumulation de résidus dans les filières, diminuant ainsi les temps d'arrêt pour maintenance. Il convient au traitement de divers plastiques tels que le PE, le PP, le PEX, le PA, le PS et le PET. Il réduit également la pression d'extrusion, autorisant des écartements de filière plus étroits et des températures de fonctionnement plus basses, ce qui engendre des économies d'énergie. De plus, le PPA contribue à améliorer la stabilité thermique des résines.

[Figure 4 : Comparaison entre Sans PPA et Avec PPA]

À gauche : Sans PPA (performances standard) | À droite : Avec PPA (clarté/efficacité améliorées)

La figure 4 montre le rôle essentiel du PPA dans la production de films de différentes couleurs, permettant des transitions rapides sans nettoyage prolongé de l'équipement.

3.2 Rôle de l'application de la PPA dans l'amélioration de la qualité des produits d'extrusion

Le PPA réduit efficacement la formation de gel et garantit une excellente uniformité du produit, améliorant considérablement sa qualité, notamment lors de la transformation du PE, du PP, du PEX et des mélanges-maîtres de couleur. De plus, le PPA élimine la fissuration à chaud et les défauts de surface qui en résultent, tels que l'effet peau de requin, augmentant ainsi la résistance aux chocs et la brillance des produits (voir figure 5). Il maintient également une épaisseur uniforme, ce qui est très avantageux pour la transformation de films multicouches par coextrusion. Enfin, le PPA excelle dans la dispersion des pigments, agissant comme un dispersant efficace tout en assurant des couleurs plus vives et uniformes et des vitesses de changement de couleur nettement plus rapides.

[Figure 5 : Comparaison de la fracture par fusion (avec et sans PPA)]

À gauche : avec PPA (surface lisse) | À droite : sans PPA (présence d’une fracture en peau de requin/fracture par fusion)

3.3 Rôle de l'APP dans l'élargissement de la sélection des matières premières

L'application de PPA facilite la mise en œuvre des polymères à faible indice de fluidité (par exemple, MI

3.4 Amélioration du débit

Le PPA peut augmenter le débit d'extrusion, avec des effets significatifs lors du traitement de polymères tels que le PE, le PP, le PEX, le PA et le PS.

3.5 Conformité réglementaire

4. Les techniques de traitement applicables comprennent :

• Procédé de film soufflé
• Production cinématographique de Cast
• moulage par soufflage creux
• Extrusion de tubes
• Dessin de fibres
• Extrusion de fils et de câbles
• Extrusion de profilés

4.1 Remarques sur les méthodes d'ajout de PPA :

1. S’assurer que les particules de PPA sont uniformément dispersées dans le polymère fondu ; la taille des particules doit être contrôlée en dessous de 2 microns.
2. Généralement, des équipements spécialisés et des formules de produits sont utilisés pour préparer le PPA en un mélange-maître à 2-3 % afin de faciliter une dispersion uniforme.
3. Lors du mélange de résines à faible MI avec un mélange-maître PPA, diminuez progressivement la concentration de PPA en commençant par 1000 ppm pour déterminer la teneur optimale.
4. Pour maintenir l'équilibre dynamique du revêtement lubrifiant PPA sur la paroi de la matrice, la teneur en PPA dans la résine traitée doit rester supérieure à une limite minimale.
5. Il faut faire preuve de patience pendant le « temps de migration » lors du revêtement de la matrice ; ce temps est influencé par la concentration de PPA, le débit de matériau, l'état de l'équipement et la rhéologie de la résine.
6. La ligne de production doit être soigneusement nettoyée avant les essais de PPA afin d'éviter toute accumulation de polymères ou de contaminants susceptibles de fausser les résultats.

4.2 Applications spécifiques au modèle :

5. Application du PPA dans l'extrusion de tubes

• Améliore la qualité de la surface des tuyaux (voir figure 6).
• Réduit la viscosité apparente, la force de cisaillement et la pression d'extrusion (voir figures 7 et 8).
• Augmente le débit : Dans des conditions de pression identiques, le PPA augmente la production, permettant des économies d'énergie (voir figures 9 et 10).
• Réduit/élimine l'accumulation de matière et la rupture par fusion.
• Garantit le maintien des propriétés physiques et mécaniques (confirmé par les tests ASTM D2837 de 1 000 heures et ISO TR-9080 de 10 000 heures).

[Figure 7/8 : Impact du PPA sur la pression d'extrusion]

Axe Y : Pression (bar) | Axe X : Temps (min)

Matériau 1 : Sans PPA | Matériau 2 : 300 ppm de PPA (chute de pression de 6 %) | Matériau 3 : 600 ppm de PPA (chute de pression de 13 %)

6. Avantages du PPA dans le traitement du PP

Réduction de l'accumulation de matrice et de gels

L'accumulation de matière (bavures) à la sortie de la filière dégrade les propriétés optiques et mécaniques. Le PPA empêche la stagnation de la matière à l'orifice de la filière. De plus, le PPA réduit la formation de gels causés par des défauts d'équipement (zones mortes) ou la dégradation thermique en maintenant un équilibre dynamique sur la paroi de la filière, évitant ainsi la stagnation qui conduit à la réticulation et à la formation de gels oxydatifs.

Gestion des interférences d'autres additifs

D'autres additifs peuvent interférer avec le PPA par raclage, adsorption ou compétition pour la paroi de la matrice.

• Stabilisateurs : Les stabilisateurs de lumière à base d'amines encombrées (HALS) comme le Chimassorb® 944 présentent une forte interférence, en particulier à haute température.
• Sels acides : Les agents anticorrosifs comme l'hydrotalcite (HT) ou le stéarate de calcium (CaSt) peuvent interférer avec l'adsorption sur la paroi de la puce.
• Agents anti-blocage : Les silices synthétiques et le talc peuvent adsorber le PPA en raison de leur grande surface spécifique.
• TiO2 : Le TiO2 non revêtu présente une interférence plus élevée due à l'adsorption et à l'abrasion que les variétés revêtues.