LU88522A1 - Procèdé et installation pour le recyclage d'objets composés d'un polymère thermoplastique - Google Patents

Description

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE RECYCLAGE D’OBJETS COMPOSES D’UN POLYMERE THERMOPLASTIQUE

La présente invention concerne un procédé et une installation pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique.

Il est connu que le recyclage du matériau composant des objets d’une forme quelconque (par exemple des bouteilles pour contenir et transporter des liquides), réalisés avec des polymères thermoplastiques, par exemple avec une résine polyester saturée, pouvant être du polytéréphtalate d’éthylène (PET), permet normalement d’obtenir un produit composé d’une pluralité de copeaux du matériau recyclé, pratiquement exempts d’éléments polluants, comme par exemple de colles, de carton et d’autres produits étrangers se trouvant à l’origine sur l’objet dont le matériau vient d’être recyclé.

Les copeaux ainsi obtenus peuvent être réutilisés si on les ajoute, dans des proportions plus ou moins importantes, en fonction des exigences, à un produit vierge (par exemple du PET) en vue de la réalisation de nouveaux objets.

Le fait que lesdits copeaux (PET recyclé) ne peuvent être utilisés^ue dans une partie minimale provient surtout du fait que leurs caractéristiques chimiques et physiques sont inférieures à celles du produit vierge, n’admettant donc pas leur réutilisation à 100% mais uniquement une réutilisation partielle, garantissant tous les types de traitements auxquels le matériau recyclé est avant tout destiné.

Il est en outre facilement compréhensible que le matériau composant l’objet utilisant des copeaux de matériau recyclé et du matériau vierge se prêtera toujours plus difficilement à des recyclages successifs.

Dans cette situation, on comprend facilement que l’utilisation d’un pourcentage de copeaux de produit recyclé (PET recyclé) entraîne toutefois d’une part une baisse des propriétés chimiques et physiques du matériau composant le nouvel objet par rapport aux propriétés du matériau vierge, ainsi que des inconvénients éventuels correspondants lors du traitement, sans permettre d’autre part une baisse notable des coûts de la production des objets produits seulement en partie avec du matériau recyclé.

Dans cette situation, la tâche technique devant être remplie par la présente invention consiste à remédier aux inconvénients techniques ci-dessus.

Dans le cadre de cette tâche technique, un objectif important de la présente invention consiste à fournir un procédé et une installation pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique, dans lequel le polymère thermoplastique recyclé (par exemple du PET) est réutilisé de façon presque totale en vue de la production de nouveaux objets.

Un autre objectif de l’invention consiste à réaliser un procédé et une installation pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique, permettant de produire les mêmes objets que ceux réalisés avec un matériau vierge non recyclé.

Un objectif supplémentaire de l’invention consiste à réaliser un procédé et une installation pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique, permettant de produire un produit présentant des caractéristiques chimiques et physiques vraiment supérieures à celles du produit vierge par le fait qu’il a subi, lors du procédé de recyclage, une meilleure cristallisation, ayant entraîné une amélioration de ses capacités de traitement grâce à l’amélioration de la flexibilité et de la résistance du matériau.

Un dernier objectif important de l’invention consiste à fournir un procédé et une installation pour le recyclage des objets composés d’un polymère thermoplastique, présentant une haute valeur écologique et permettant en outre une baisse notable des coûts de fabrication des produits industriels recyclés de consommation courante.

La tâche technique indiquée et les objectifs spécifiés sont en substance remplis par un procédé pour le recyclage des objets composés d’un polymère thermoplastique comprenant plusieurs phases de préparation du polymère thermoplastique faisant l’objet du recyclage, pour le transformer en un produit de base composé de copeaux exempts d’agents polluants, caractérisé en ce qu’il comprend l’élimination des dits copeaux les microparticules aqueuses qu’ils contiennent, l’exposition des dits copeaux déshydratés à une température Tf de fluidification optimale pour former un produit homogène, la désaération du dit produit fluidifié, l’extrusion du dit produit fluidifié et désaéré et son refroidissement après l’extrusion, à une température prédéterminée, pour atteindre une cristallisation optimale.

Ledit procédé peut être exécuté avec une installation pour le recyclage d’un objet composé d’un polymère thermoplastique, comprenant au moins une machine pour exécuter un traitement thermique et au moins une machine d’extrusion du polymère thermoplastique, comportant un orifice d’entrée et un orifice de sortie du dit polymère thermoplastique, des moyens de chauffage pour la fusion du dit polymère thermoplastique à un degré de fluidité prédéterminé, des moyens de mélange et d’acheminement du dit polymère thermoplastique du dit orifice d’entrée vers le dit orifice de sortie, à proximité duquel est agencée une filière, et des moyens de désaération du dit polymère, agencés entre ledit orifice d’entrée et ledit orifice de sortie, caractérisée en ce que lesdits moyens de mélange et d’acheminement sont définis par une vis d’extrusion à pas variable, en vue de la variation de la vitesse d’acheminement et de la pression du dit polymère thermoplastique entre ledit orifice d’entrée et lesdits moyens de désaération et entre lesdits moyens de désaération et ledit orifice de sortie.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront/sur la base de la description d’une forme de réalisation préférée mais non pas exclusive d’un procédé et d’une installation pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique selon l’invention, illustrée à titre indicatif et non pas limitatif dans les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en élévation latérale de la machine d’extrusion du polymère thermoplastique selon l’invention; et la figure 2 est une vue détaillée de la vis d’extrusion selon 1 ’ invention.

L’objet composé d’un polymère thermoplastique subit en premier lieu une série de traitements pour le débarrasser des agents polluants qu’il peut contenir, par exemple du carton, des colles et d’autres agents similaires, jusqu’à l’obtention d’un produit composé d’un polymère thermoplastique, par exemple d’une résine polyester saturée, plus précisément de polytéréphtalate d’éthylène ou de ses dérivés (PET), sous forme de copeaux et de poudre.

Au cours d’une phase successive a lieu la séparation mécanique des copeaux de la poudre, par l’intermédiaire d’une opération de tamisage, pour obtenir ainsi un produit de base composé uniquement de copeaux, par exe'mple de PET.

Au cours d’une phase successive, les copeaux sont soumis à un traitement de déshydratation pour éliminer de ceux-ci les éventuelles microparticules aqueuses qu’elles contiennent.

On a constaté qu’au cours de cette phase de déshydratation, la température permettant d’obtenir les meilleurs résultats est une température comprise entre -35°C et - 65°C.

La température optimale déterminée est de préférence de -50eC.

Dans le cas où l’on désire faire des économies d’énergie, sans atteindre la température ci-dessus, il est possible d’effectuer un traitement thermique à chaud préalable des copeaux, en vue d’éliminer dans une large mesure la quantité de microparticules aqueuses qu’elles contiennent.

Dans ce cas, le traitement à chaud préalable sera effectué à yune température comprise entre 35 et 70°C, de préférence à une température de 55°C.

Après l’élimination d’un quelconque élément polluant des copeaux et après leur déshydratation, ils sont exposés à une température Tf de fluidification optimale pour former un produit homogène qui sera désaéré au cours d’une phase successive, et, après avoir été fluidifié et désaéré comme indiqué ci-dessus, soumis à l’extrusion avant d’être refroidi, après l’extrusion, à une température prédéterminée en vue d’atteindre une cristallisation optimale.

La température de cristallisation est par exemple comprise entre 5 et 20“C, elle est de préférence de l’ordre de 12eC.

Au cours des phases de fluidification, de désaération et d’extrusion, le produit homogène est de préférence soumis à une opération pratiquement continue de mélange, en présence d’une température et d’une pression prédéterminées, comme décrit plus en détail ci-dessous.

Il faut noter en outre qu’au cours de cette opération de mélange, le produit homogène doit présenter un degré de fluidité restant pratiquement constant dans le temps.

Il faut noter en particulier qu’au cours d’une première phase de mélange, le produit homogène, composé par exemple de PET, est soumis à une pression PI et à une température théorique établie Tl, la valeur PI étant pratiquement comprise entre 20 et 80 bars, et étant de préférence pratiquement égale à 50 bars, la température Tl étant comprise entre 265 et 285°C, de préférence pratiquement égale à 275eC.

Au cours de la deuxième phase de mélange du produit homogène, celui-ci est exposé à une pression P2 comprise entre 30 et 50 bars, de préférence pratiquement égale à 40 bars, et à une température T2 établie comprise entre 255 et 275°C, de préférence pratiquement égale à 265°C.

Au cours d’une troisième phase de mélange, le produit homogène est exposé à une pression P3 comprise entre 60 et 150 bars et à une température T3 comprise entre 260 et 280eC, de préférence pratiquement égale à 270*0.

La phase de désaération du produit est effectuée en présence de la température T2 et de la pression P2.

La phase d’extrusion du produit fluidifié et désaéré est réalisée par contre en présence d’une pression P4 comprise entre 150 et 250 bars, en moyenne égale à 200 bars, et à une température établie T4 comprise entre 265 et 285°C, de préférence pratiquement égale à 275°C.

La vitesse d’acheminement du polymère thermoplastique, en particulier du PET, est en outre de préférence moins élevée lorsque le produit est transféré vers la phase de désaération, tandis qu’elle augmente après cette dernière phase, lorsque le produit est transféré vers la phase d’extrusion.

L’exemple ci-dessous sert à illustrer l’invention à titre explicatif mais non pas limitatif.

Exemple I

On utilise 100 kg de copeaux mélangés à de la poudre, par exemple du type PET 07333 de la société RETECH, P.O.B. 191 61 90 AD BEEK, Pays-Bas, provenant par exemple de conteneurs de polytéréphtalate d’éthylène ou de ses dérivés (PET).

Les fragments de PET sont introduits pendant 5 minutes à l’intérieur d’un dépoussiéreur du type mécanique à tamis oscillant à dépression. Les copeaux ainsi séparés de la poudre sont ensuite transportés par l’intermédiaire de moyens traditionnels vers un appareil de déshumidification des dits copeaux pendant un temps compris entre 4 et 6 heures, à une température comprise entre 90 et 160eC.

Les copeaux déshydratés sont alors introduits dans un doseur, type DTM 200, produit par la TECNOTRADING s.r.l., de S.Maria du Sala (VE), en vue de produire une quantité de copeaux de 1.670 grammes (en référence aux 100 kg de l’exemple) par minute dans une machine d’extrusion, dont la vis d’extrusion tourne à une vitesse de 80 tours par minute.

Le produit traverse ensuite une filière, par exemple à 12 trous, avant d’être immédiatement refroidi par immersion dans un fluide d’une température de 12°C pendant environ 4 secondes.

On atteint ainsi une cristallisation parfaite et homogène du produit qui sera ensuite découpé avec une machine à couper, type T 150, produite par la MECCANOPLASTICA di Mazza & C s.a.s. de Castiglione Olona (VA), en vue d’un stockage définitif.

Exemple II

On utilise 100 kg de copeaux mélangés à de la poudre, par exemple du type PET 07333 de la société RETECH, P.O.B. 191 61 90 AD BEEK, Pays-Bas, provenant par exemple de conteneurs de polytéréphtalate d’éthylène ou de ses dérivés (PET).

Les fragments de PET sont introduits pendant 5 minutes à l’intérieur d’un dépoussiéreur du type mécanique à tamis oscillant à dépression. Les copeaux ainsi séparés de la poudre sont préchauffés à environ 350°C pendant environ 4 secondes.

Les copeaux préchauffés sont alors transportés par l’intermédiaire de moyens traditionnels vers un appareil de déshumidification des dits copeaux, effectuée pendant 30 minutes à une température comprise entre 90 et 160eC.

Les copeaux déshydratés sont ensuite introduits dans un doseur, type DTM 200, produit par la TECNOTRADING s.r.l. di S.Maria di Sala (VE), en vue de produire une quantité de copeaux de 1.670 grammes (en référence aux 100 kg de l’exemple) par minute dans une machine d’extrusion, dont la vis d’extrusion tourne à une vitesse de 80 tours par minute.

Le produit traverse ensuite une filière, par exemple à 12 trous, avant d’être refroidi immédiatement par immersion dans un fluide d’une température de 12eC pendant environ 4 secondes.

On atteint ainsi une cristallisation parfaite et homogène du produit qui sera ensuite découpé avec une machine à couper, type T 150, produite par la MECCANOPLASTICA di Mazza & C. s.a.s. de Castiglione Olona (VA), en vue du stockage définitif.

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Le procédé décrit ci-dessus est exécuté avec une installation pour le recyclage d’un objet composé d’un polymère thermoplastique comprenant au moins une machine pour exécuter un traitement thermique et au moins une machine d’extrusion du polymère thermoplastique.

La machine d’extrusion, désignée en général par le numéro de référence 1, comporte un orifice d’entrée 2 et un orifice de sortie 3, à proximité duquel est agencée une filière 4 à travers laquelle on fait passer le polymère thermoplastique.

La machine d’extrusion présente en particulier des moyens de chauffage 5 pour la fusion du polymère thermoplastique à un degré de fluidité prédéterminé, des moyens de mélange et d’acheminement 6 du polymère thermoplastique de l’orifice d’entrée vers l’orifice de sortie, et des moyens de désaération 7 du polymère thermoplastique, agencés entre l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie.

Les moyens de mélange et d’acheminement sont de préférence définis par une vis d’extrusion, désignée par le numéro de référence 8, conçue de sorte à permette la variation de la vitesse d’acheminement et de la pression du polymère thermoplastique entre l’orifice d’entrée et les moyens de désaération 7 et entre ces derniers et l’orifice de sortie 3.

La vis d’extrusion présente en fait une première zone "A" comportant des organes d’alimentation contrôlée du polymère thermoplastique, indiqués en général par le numéro de référence 9, une deuxième zone "B", comportant des organes de dépôt et des premiers organes de transport du polymère thermoplastique, désignés en général par le numéro de référence 10, une troisième zone "C", comportant des organes de désaération du polymère thermoplastique, désignés dans l’ensemble par la référence 11 et une quatrième zone "D", comportant des deuxièmes organes de transport 12 du polymère thermoplastique désaéré vers la filière 4.

Les organes d’alimentation contrôlée sont en particulier définis par un canal 13 s’étendant de façon hélicoïdale dans la première zone "A" de la vis d’extrusion et communiquant avec l’orifice d’entrée 2.

Les organes de dépôt comprennent une paroi arquée 14 définissant une poche 25. agencée à proximité du canal hélicoïdal 13, en vue de pouvoir prélever le polymère thermoplastique sortant de celui-ci dans une quantité prédéterminée et de le transporter, par l’intermédiaire des premiers organes de transport, vers les organes de désaération 11.

Les organes de transport sont en particulier définis par un filet 15 définissant un pas de la vis égal à PI.

Comme il ressort clairement de la figure 2, le canal du cylindre (c’est-à-dire le canal déterminé par la distance du diamètre Dv de la vis d’extrusion et le diamètre De du cylindre 26 dans lequel celle-ci se déplace) diminue en outre progress!vement à l’approche des organes de désaération.

La pression à laquelle est exposé le polymère thermoplastique augmente ainsi à partir de l’orifice d’entrée 2 jusqu’à atteindre des niveaux maximaux à proximité des organes de désaération 11.

Les organes de désaération comprennent une saillie annulaire 16, suivie par une chambre d’expansion 17, dans laquelle a lieu une expansion du polymère thermoplastique, avec échappement des gaz qu’il contient, ceux-ci étant expulsés par l’intermédiaire d’un dispositif de dégazage 18 vers l’extérieur de 1 a machine d’extrusion au cours de l’acheminement du polymère thermoplastique.

Les deuxièmes organes de transport, comprenant un filet 19 avec un pas P2 de la vis d’extrusion supérieur au pas PI décrit ci-dessus, entrent en action à partir de la chambre d’expansion 17.

La différence entre le pas PI et le pas P2 détermine ainsi une vitesse d’acheminement du polymère thermoplastique devant la chambre d’expansion 17 inférieure à la vitesse d’acheminement derrière la chambre d’expansion 17.

Derrière la chambre d’expansion 17, la profondeur du canal du cylindre diminue en outre progressivement en direction de la filière 4.

Le maintien d’une fluidité constante du polymère thermoplastique à l’intérieur de la machine d’extrusion est atteint par l’intermédiaire des moyens de chauffage établissant une température différente entre la première et la quatrième zone de la vis d’extrusion. /

Ces moyens de chauffage peuvent être constitués par des résistances à incandescence ou, selon l’invention, par des inducteurs magnétiques haute fréquence, de façon à permettre des économies d’énergie considérables.

L’invention répond ainsi aux objectifs définis et présente de nombreux et importants avantages, comme indiqué ci-dessus.

L’invention ainsi conçue peut subir de nombreuses modifications et variations, toutes comprises dans le cadre du concept de la présente invention.

Tous les éléments peuvent en outre être remplacés par des éléments techniquement équivalents.

Les matériaux utilisés, les formes et les dimensions peuvent être d’un type quelconque, adapté aux exigences.

Claims (21)

1. Procédé pour le recyclage d’objets composés d’un polymère thermoplastique, comprenant plusieurs phases de préparation du polymère thermoplastique faisant l’objet du recyclage, pour le transformer en un produit de base composé de copeaux exempts d’agents polluants, caractérisé en ce qu’il comprend l’élimination des dits copeaux des microparticules aqueuses qu’ils contiennent, l’exposition des dits copeaux déshydratés à une température Tf de fluidification optimale pour former un produit homogène, la désaération du dit produit fluidifié, l’extrusion du dit produit fluidifié et désaéré et son refroidissement après l’extrusion à une température prédéterminée pour atteindre une cristallisation optimale.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites phases de préparation du dit polymère thermoplastique comprennent au moins une phase de séparation mécanique des dits copeaux de la poudre produite au cours de leur production, par l’intermédiaire d’une opération de tamisage à dépression.

3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite élimination des microparticules aqueuses en vue de la déshydratation des dits copeaux est réalisée en soumettant ceux-ci à au moins un traitement thermique de refroidissement.

4. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit traitement thermique de refroidissement est précédé d’au moins un traitement préalable à chaud des dits copeaux.

5. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au cours des dites phases de fluidification, de désaération et d’extrusion, ledit produit homogène est soumis à une opération pratiquement continue de mélange, en présence d’une température et d’une pression prédéterminées.

6. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au cours de ladite opération de mélange, le dit produit homogène présente un degré de fluidité pratiquement constant.

7. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au cours d’une première phase de mélange, ledit produit homogène est exposé à une pression PI et à une température Tl, au cours d’une deuxième phase de mélange à une pression P2 et à une température T2, inférieures à ladite pression PI et à ladite température Tl, et au cours d’une troisième phase à une pression P3 supérieure à P2 mais inférieure à PI, et à une température T3 supérieure aux températures T2 et Tl.

8. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite phase de désaération du dit produit est réalisée en présence d’une pression et d’une température égales à P2 et T2.

9. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite phase d’extrusion est réalisée en présence d’une pression P4 supérieure à PI, P2, P3 et à une température T4 supérieure à Tl, T2 et T3.

10. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit polymère thermoplastique est une résine polyester saturée ou plus précisément un polytéréphtalate d’éthylène ou un des dérivés correspondants. /

11. Procédé selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse d’acheminement du dit produit vers ladite phase de désaération est inférieure à la vitesse d’acheminement vers ladite phase d’extrusion.

12. Installation pour le recyclage d’un objet composé d’un polymère thermoplastique, comprenant au moins une machine pour effectuer le traitement thermique et au moins une machine d’extrusion du polymère thermoplastique, comportant un orifice d’entrée et un orifice de sortie du dit polymère thermoplastique, des moyens de chauffage pour la fusion du dit polymère thermoplastique à un degré de fluidité prédéterminé, des moyens de mélange et d’acheminement du dit polymère thermoplastique du dit orifice d’entrée vers ledit orifice de sortie, à proximité duquel est agencée une filière, et des moyens de désaération du dit polymère, agencés entre ledit orifice d’entrée et ledit orifice de sortie, caractérisée en ce que lesdits moyens de mélange et d’acheminement sont définis par une vis d’extrusion à pas variable, en vue de la variation de la vitesse d’acheminement et de la pression du dit polymère thermoplastique entre ledit orifice d’entrée et lesdits moyens de désaération et entre lesdits moyens de désaération et ledit orifice de sortie.

13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite vis d’extrusion présente une première zone comportant des organes d’alimentation contrôlée du polymère thermoplastique et une deuxième zone comportant des organes de dépôt et des premiers organes de transport du dit polymère thermoplastique vers une troisième zone, comportant des organes de désaération du dit polymère thermoplastique, ainsi qu’une quatrième zone comportant des deuxièmes organes de transport du dit polymère thermoplastique désaéré vers ladite filière.

14. Installation selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits organes d’alimentation contrôlée sont définis par un canal hélicoïdal communiquant avec ledit orifice d’entrée.

15. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdits organes de dépôt comprennent une paroi arquée agencée sur ladite vis, à partir de laquelle s’étendent lesdits organes de transport.

16. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdits organes de transport présentent un filet définissant un pas PI de ladite vis et une profondeur du canal du cylindre qui diminue progressivement à l’approche des dits organes de désaération.

17. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdits organes de désaération comprennent une saillie annulaire suivie par une chambre d’expansion du dit polymère thermoplastique, comportant un dispositif de dégazage pour l’expulsion des gaz produits dans ledit canal au cours de l’acheminement du dit polymère thermoplastique.

18. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdits deuxièmes organes de transport comprennent un filet définissant un pas P2 de ladite vis et une profondeur du canal du cylindre qui diminue progressivement à l’approche de ladite filière.

19. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que le pas PI de ladite vis détermine une vitesse d’acheminement du dit polymère thermoplastique inférieure à la vitesse d’acheminement déterminée par ledit pas P2 de ladite vis.

20. Installation selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage établissent une température différente entre lesdites première et quatrième zones de ladite vis.

21. Installation selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage sont des inducteurs magnétiques haute fréquence.