1. Présentation des matériaux EVOH : des matériaux chimiques de base aux matériaux barrières haute performance
Le polymère d'alcool vinylique vinyléthylène est un matériau polymère fonctionnel doté d'excellentes propriétés barrières. Il est largement utilisé dans les emballages alimentaires, les emballages pharmaceutiques, les réservoirs de carburant automobiles et les tuyaux de chauffage par le sol. Sa plus grande caractéristique est sa perméabilité à l'oxygène extrêmement faible, c'est pourquoi il a été surnommé le « matériau barrière haute-performance » dans le domaine des emballages plastiques.
Contrairement aux plastiques courants tels que le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP), l'EVOH n'est pas directement polymérisé à partir d'un seul matériau, mais est produit par une réaction chimique en plusieurs-étapes. Ses principales matières premières proviennent de la chaîne de l'industrie pétrochimique, avec des matériaux de base comprenant l'éthylène et l'acétate de vinyle (VA).
En termes de chaîne industrielle, EVOH appartient aux domaines de la chimie fine et des polymères de haute performance. L'amont dépend de l'approvisionnement en matières premières pétrochimiques, et le secteur intermédiaire produit de la résine EVOH par polymérisation, alcoolisation et d'autres processus. Transformation en aval en films, feuilles, tuyaux et matériaux d'emballage composites.
2. Matières premières de base d'EVOH : éthylène et acétate de vinyle
La principale matière première de l’EVOH est le copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA). Le parcours de production est le suivant :
Éthylène → Copolymère d'acétate d'éthylène (EVA) → Copolymère d'éthylène-alcool vinylique (EVOH)
(1) Éthylène
L'éthylène est l'une des matières premières chimiques de base les plus importantes au monde et le matériau monomère le plus important dans l'industrie du plastique.
L'éthylène provient principalement de :
Craquage du naphta
craquage de l'éthane ;
Technologie d'oléfine de charbon.
Après des réactions chimiques, l’éthylène peut être utilisé dans la production de divers matériaux polymères, tels que :
polyéthylène (PE);
Matériaux liés au PVC ;
EVA ;
EVOH et coll.
Lors de la production d'EVOH, l'éthylène fournit la structure d'éthylène dans la chaîne polymère, conférant au matériau une flexibilité, une transformation et une résistance à l'humidité.
La teneur en éthylène est également un indicateur important des performances de l'EVOH. En général:
Faible teneur en éthylène → performances de barrière à l'oxygène élevées, mais mauvaise résistance à l'humidité ;
Teneur élevée en éthylène → améliore la flexibilité, améliore les performances de traitement, mais réduit les performances de barrière.
Par conséquent, différents domaines d’application choisiront différents ratios d’éthylène et qualités EVOH.
(2) Acétate de vinyle
L'acétate d'éthylène est une autre matière première essentielle pour la production d'alcool vinylique.
L'acétate de vinyle est principalement constitué de :
Éthylène;
Acide acétique ;
Oxygène
préparé par réaction catalytique.
L'acétate d'éthylène copolymérise d'abord avec l'éthylène pour former :
Acétate d'éthylène-vinyle
L'EVA est ensuite alcoolisé pour convertir les groupes acide acétique en structures hydroxyles, ce qui donne :
Copolymère d'éthylène-alcool vinylique
Parmi eux, la structure de l’alcool éthylène est la clé des propriétés barrières élevées de l’EVOH.
3. Processus de production d'EVOH : De l'EVA aux résines barrières haute performance
L'alcool vinylique et l'alcool vinylique ne peuvent pas être polymérisés directement car l'alcool vinylique lui-même est trop instable pour une polymérisation industrielle directe. La production industrielle emprunte donc une voie indirecte.
L'ensemble du processus de production comprend trois étapes principales :
Phase 1 : Copolymérisation de l'éthylène avec copolymérisation de l'acétate de vinyle
Tout d’abord, l’éthylène et l’acétate de vinyle se copolymérisent pour former une résine EVA.
Cette phase détermine :
Structure moléculaire ;
Rapport éthylène ;
Performances ultérieures du produit.
Deuxième étape : réaction d'alcoolyse
Les unités d'acétate de vinyle dans l'EVA sont converties en unités d'alcool vinylique par alcoololyse.
Compréhension simple :
Acétate de vinyle → → Structure alcool vinylique
Plus la solubilité dans l'alcool est élevée, plus la proportion de groupes hydroxyle dans l'EVOH est élevée et meilleures sont les performances de barrière à l'oxygène du matériau.
Phase III : Traitement de granulation
Après une dégradation alcoolique, EVOH passe par :
Nettoyage;
Sec;
Extrusion par fusion
Coupe de particules ;
Enfin, des particules de résine EVOH se forment.
Ces particules de résine sont revendues aux sociétés cinématographiques et transformées en produits finaux par soufflage, moulage et coextrusion multicouche-.
Comment la structure de la matière première affecte-t-elle les performances de l'EVOH ?
Les performances de l'EVOH sont étroitement liées à la proportion de matières premières, et l'indicateur le plus important est la teneur en éthylène.
La teneur en éthylène est généralement d'environ 20 à 50 %, avec différents ratios apportant différentes propriétés.
Faible teneur en éthylène EVOH
Caractéristiques:
Performances de barrière à l'oxygène ultra-fortes ;
Haute transparence ;
Convient pour les emballages très demandés.
Application:
Film à haute barrière alimentaire ;
Emballage de médicaments ;
Matériaux d'emballage de précision.
Faiblesses :
Forte hygroscopique ;
Le traitement est relativement difficile.
EVOH riche en éthylène
Caractéristiques:
Une meilleure flexibilité ;
Fenêtre de traitement plus large ;
Améliorer la résistance à l'humidité.
Application:
Systèmes de carburant pour automobiles ;
Emballages industriels ;
Couche barrière à l’oxygène du pipeline.
Faiblesses :
la performance de la barrière à l’oxygène a diminué.
Par conséquent, les entreprises de production d'EVOH doivent ajuster le taux d'éthylène en fonction de la demande du marché et développer différentes qualités de produits.
