Un modèle cinétique pour prédire les modifications de structure macromoléculaire du PET pendant son recyclage mécanique

A kinetic model for predicting PET macromolecular changes during its mechanical recycling

¹ Terre Armée Internationale, R&D Division, 1 bis rue du Petit Clamart, Bâtiment C, BP 135, 78148 Vélizy-Villacoublay, France
e-mail : linda.nait-ali@terre-armee.com
² École des Mines d’Alès, CMGD, 6 avenue de Clavières, 30100 Alès, France
e-mail : anne.bergeret@ema.fr
³ Arts et Métiers ParisTech, PIMM (UMR CNRS 8006), 151 boulevard de l’Hôpital, 75013 Paris, France
e-mail : xavier.colin@ensam.eu

Reçu : 20 Décembre 2010
Accepté : 3 Janvier 2011

Résumé

La cavité d’un rhéomètre a été utilisée pour étudier, dans des conditions d’exposition soigneusement contrôlées, les modifications macromoléculaires causées par le recyclage mécanique du PET par extrusion. Des essais de vieillissements isothermes à 280 °C, à des pressions partielles d’oxygène constantes ou variables (entre 0 % et 21 % de la pression atmosphérique), ont permis d’établir que deux types de modifications macromoléculaires oxydantes se produisent successivement dans le réacteur d’une extrudeuse. Les coupures de chaînes prédominent dans les zones « fortement oxygénées » (au niveau de l’alimentation et la tête), alors que les soudures de chaînes prédominent dans la zone « sous-oxygénée » (au centre) du réacteur. Ainsi, il apparaît que la prédominance relative de ces deux types de modifications est étroitement liée à la géométrie et aux dimensions de l’extrudeuse (en particulier, à l’aire des sections d’alimentation et de tête, et la longueur de la vis). Un modèle cinétique de vieillissement thermique du PET à l’état fondu a été élaboré pour vérifier ces hypothèses. Il décrit de manière satisfaisante l’ensemble des résultats rhéométriques obtenus dans cette étude.

Abstract

The rheometer cavity has been used to analyse, in carefully controlled exposure conditions, the macromolecular changes generated by the mechanical recycling of PET during its extrusion. Isothermal ageing tests at 280 °C, under constant or variable oxygen partial pressures (between 0% and 21% of the atmospheric pressure), have allowed to establish that two types of oxidative macromolecular changes take place successively in an extruder reactor. Chain scissions predominate in the “highly oxygenated” zones (at the feeder and die), whereas chain welding predominates in “poorly oxygenated” zones (in the middle) of reactor. Thus, it appears that the relative predominance of both types of modifications is sharply linked to the extruder geometry and size (in particular, to the feeder and die diameter, and screw length). A kinetic model of thermal ageing of molten PET has been built to check these assumptions. It describes satisfyingly all the rheometric results obtained in the present study.