Brevet FR2530251A1 — publié le 19840120

? 530251 La présente invention se rapporte à un procédé pour traiter les déchets de mousse de résine thermoplastique en vue de les réutiliser sous une forme adéquate dans un procédé usuel de transformation, entre autre d'extrusion. En particulier, la présente invention concerne un procédé pour redensifier les déchets de mousse de résine thermo- plastique. La présente invention se rapporte également à un appareillage pour réaliser le procédé de l'invention. Il est bien connu que les déchets de mousse de résine thermoplastique posent de nombreux problèmes aux fabricants A ce titre, on peut notamment citer leur encombrement, l'aire de stockage que cela nécessite et également la difficulté de les redensifier à une densité apparente adéquate pour être réutilisés à nouveau dans la chaîne de production. Le terme "redensifier" utilisé dans la descrip- tion de la présente invention signifie que l'on augmente la densité apparente de la mousse traitée. Selon les procédés conventionnels utilisés dans l'industrie des plastiques pour redensifier les déchets de mousse de résine thermoplastique, on introduit dans une extrudeuse à vis, les déchets, broyés finement de manière à les transformer, au moyen d'un apport de chaleur, en un produit d'une densité apparente plus élevée, le pro- duit obtenu étant apte à être repelletisé dans un appareil usuel Le principal inconvénient de ce type de procédé réside dans le fait que l'alimentation de la vis elle-même est extrêmement difficile compte-tenu de la faible densité apparente des déchets qui doivent être traités De plus, et toujours pour cette même raison, le débit de l'extrudeuse est très faible et il est d'ailleurs d'autant plus faible que la densité apparente des déchets à traiter est faible En vue de remédier à cet inconvénient, on a proposé d'utiliser des vis d'extrusion dont l'orifice d'alimentation est de forme conique de préférence, le fourreau de l'extrudeuse étant de diamètre variable; cependant le coût de ces appareillages ne rendait plus le procédé très économiquement attrayant. -2- D'autre part, l'accroissement de débit n'était pas très significatif. Un autre inconvénient des procédés conventionnels utilisant une vis d'extrusion, réside dans le fait que la teneur en eau des déchets doit être réduite, car la présence d'eau non seulement fait patiner la vis d'extrusion mais conduit à la formation d'un produit improprement dégazé De plus, selon les procédés conventionnels de retraitement de déchets de mousse de résine thermoplastique, il est pratiquement impossible de redensifier aussi bien des billes expansibles que des billes expansés de résine thermoplastique. Les termes "billes expansibles" signifient des billes de matière thermoplastique qui contiennent un agent gonflant mais qui n'ont pas encore atteint leur faible densité tendis que les termes "billes expansés" se rappor- tent à des billes similaires mais qui ont atteint la densité finale On a également constaté que selon les procédés conventionnels utilisant une vis d'extrusion pour retraiter des déchets contenant certains additifs usuels,comme des additifs ignifugeants, les déchets se dégradaient très rapidement et causaient aussi une dégradation de la vis d'extrusion au passage. Par conséquent, il serait intéressant de posséder un procédé pour redensifier les déchets de mousse de résine thermoplastique selon lequel on augmenterait consi- dérablement le débit de production, tout en permettant simul- tanément de traiter des déchets de très faible densité apparente, dont notamment des billes expansibles ou des billes expansées de résine thermoplastique comme les billes expansibles ou expansées de polystyrène Il serait également intéressant de posséder un tel procédé qui fasse appel à un appareillage, simple de fonctionnement et de conception. La présente invention a pour objet un procédé pour redensifier des déchets de mousse de résine thermo- plastique à des débits de production plus importants, que ceux généralement utilisés dans les installations conven- tionnelles. -3- La présente invention a également pour objet un procédé pour redensifier des déchets de mousse de rési- ne thermoplastique, dont la densité apparente est relati- vement faible, et notamment des billes expansibles de poly- styrène. La présente invention a également pour objet un procédé pour redensifier les déchets de mousse de rési- ne thermoplastique, qui permette d'obtenir des produits redensifiés dont le taux résiduel de gaz est non seulement très faible mais encore, constant. La présente invention a aussi pour objet un pro- cédé pour redensifier les déchets de mousse de résine thermo- plastique contenant des additifs usuels comme des additifs ignifugeants, sans qu'il y ait dégradation du produit traité. La présente invention a encore pour objet un procédé qui permette de redensifier des déchets de mousse de résine thermoplastique dont la teneur en eau n'est pas négligeable, sans pour autant nuire aux divers organes de l'appareillage. Le procédé de la présente invention pour redensifier des déchets de mousse de résine thermoplastique est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: introduire des déchets, dans la trémie d'alimentation d'un four comprenant au moins un plateau vibrant, et au moins un système de chauffage situé au-dessus du plateau vibrant; disperser d'une manière régulière les déchets sur le premier plateau vibrant de ce four; faire avancer les déchets sur le plateau vibrant, en les faisant retourner sur eux-mêmes, tout en les chauffant selon un profil de température s'échelonnant d'environ au -4- moins 1200 C à l'entrée du four à environ-2100 C à la sortie du four; récupérer les déchets redensifiés à la sortie du four et les faire passer dans un dispositif qui réduise le volume des déchets redensifiés de 400 % au moins; refroidir les déchets redensifiés et compactés avant de les introduire au broyeur; introduire les déchets redensifiés dans le broyeur pour reformer des particules de dimensions uniformes aptes à être réutilisées directement dans la chaîne de production. récupérer les particules ainsi formées de déchets redensifiés. Le procédé de l'invention permet de redensifier les déchets de mousse de résine thermoplastique à des débits très élevés, que l'on ne croyait pas accessibles avec les équipements de l'état antérieur de la technique, même avec des mousses dont la densité apparente est aus- si faible que 5 kg/m 3, et sans qu'il y ait dégradation de la matière redensifiée. L'invention sera décrite ci-après de façon plus détaillée avec référence au dessin annexé dont la Figure représente une vue simplifiée de l'appareillage pour redensifier les mousses de résine thermoplastique selon le procédé de l'invention, En se référant à cette Figure, on introduit les déchets de mousse de résine thermoplastique dans la trémie 10 d'un four à redensification 12 Dans le cas de redensification de billes expansibles ou expansés de résine thermoplastique, le four 12 est directement alimen- té avec les billes car il s'avère pratiquement impossible de broyer ce type de matière, ceci représente d'ailleurs un avantage non négligeable de la présente invention. Dans les autres cas, on préfère alimenter le four 12 avec des déchets préalablement broyés dans un appareil usuel Généralement les mailles du treillis du broyeur ont une dimension comprise entre 5 et 7 mm, cependant, les particules de matière broyée peuvent avoir des dimensions moyennes beaucoup plus petites A titre d'exem- ple on peut notamment citer des granulométries types des déchets broyés qui doivent être redensifiés Ces déchets proviennent généralement de plaques ou des feuilles de mousse extrudée ou thermoformées. Granulométrie Dimension moyenne quantité quantité (mm) (%) 0 1,7 28 35 1,7 Comme mousse de résinesthermoplastiquesappro- priées dont les déchets peuvent être redensifiés selon le procédé de l'invention on peut notamment citer le poly- styrène expansé, en particulier les feuilles de poly- styrène expansé extrudé et les plaques de ce même maté- riau, ainsi que le polyéthylène expansé, et les billes expansibles ou expansées de polystyrène ou de polyéthylène. La densité apparente des mousses de résine thermoplastique utilisées dans le procédé de l'invention peut être aussi faible que 5 kg/cm 3 Cependant le pro- cédé de l'invention permet de traiter des mousses de résines thermoplastiques dont la densité apparente est comprise entre 25 et 150 kg/m 3. On disperse, d'une manière régulière, les déchets de mousse de résine thermoplastique, pris soit sous forme broyée soit sous forme de billes selon le cas, sur le premier plateau vibrant 14 du four 12 La régula- rité de la dispersion -des particules ou des billes est réalisée par des dispositifs bien connus de l'homme de métier; on préférera cependant pour le procédé de l'invention utiliser une excitatrice électromagnétique 16. Si la dispersion de la matière à redensifier n'est pas réalisée régulièrement, il peut en résulter des incon- vénients comme notamment une épaisseur variable de matière déposée sur le plateau 14, ce qui conduit en quelque sorte à soumettre la matière à des temps de séjour différents à l'intérieur du four, ou encore à laisser des espaces du plateau vibrant non couverts par la matière, ce qui favorise la formation de points chauds qui sont néfastes, car ils peuvent provoquer la dégradation des polymères que l'on &pose par après sur cet espace. Après avoir été dispersée sur le premier plateau vibrant 14 du four 12, qui comprend de préférence plusieurs autres plateaux vibrants 18, on fait avancer la matière à l'intérieur du four grâce aux vibrations dont les plateaux sont animés Les plateaux 14 et 18 du four 12 sont disposés en cascade de manière à faciliter un retournement de la matière sur ellemême, pour obtenir un traitement uniforme de celle-ci Le nombre de:fateaux vibrants 14, 18 dépend du temps de séjour dans le four que l'on désire imposer à la matière, et également du profil de température auquel on soumet la matière à traiter Au cours de son avancement à l'intérieur du four 12, la matière est chauffée selon un profil de température s'échelonnant, dans le cas de redensi- fication de mousse de polystyrène d'au moins environ 1500 C, de préférence 1900 C, à l'entrée du four 12 jusque environ 2100 C, de préférence 2000 C à la sortie La température dans la dernière partie du four 12 ne doit cependant pas dépasser 2200 C car on risque alors de faire adhérer la matière sur les plateaux vibrants ce qui cause une dégradation du poly- mère qui n'est pas souhaitable Dans le cas de redensifi- cation de mousse de polyéthylène, le profil de température s'échelonne entre environ 1200 C à l'entrée du four 12 et 1400 C à la sortie Le système de chauffage du four peut être unique, mais un tel système ne permet que difficilement l'établissement d'un profil de température. Selon un mode d'exécution du procédé de l'invention, on réalise le profil de température avec au moins deux systè- mes de chauffage 20 et de préférence trois, le troisième système étant localisé au-dessus d'au moins une partie du dernier plateau vibrant 18 On peut utiliser n'importe quel système de chauffage bien connu de l'homme de métier, mais on préférera utiliser, dans le cadre de l'invention, -7 - soit des résistances chauffantes, soit des radiants infra- rouges ayant une longueur d'onde comprise entre 1,5 et 10 pm De cette manière on assure à la matière un chauffage progressif, ce qui évite la formation de points chauds sur les plateaux vibrants, mais également un traitement uniforme de la matière, du fait qu'elle se retourne sur-ellemême non seulement à chaque passage de plateau mais aussi grâce aux vibrations dont les plateaux sont animés. On a constaté d'une manière inattendue, que la combinaison des diverses opérations comprenant la dispersion régulière au moyen d'une excitatrice électromagnétique, le transport de la matière à traiter au moyen de plusieurs plateaux vibrants, ainsi que le profil de température auquel on soumet la matière qui traverse le four, permet d'accroître considérablement le débit de production de produit redensifié même si on réalise l'opération en partant d'une mousse de résine thermoplastique ayant une densité apparente aussi faible que 5 kg/m De plus, un des avantages du procédé de l'in- vention réside dans i fait qu'il ne nécessite pas l'utilisa- tion d'une vis d'extrusion, ce qui permet dès lors d'avoir une alimentation aisée en produit de départ. Selon un mode d'exécution du procédé de l'inven- tion, le temps de séjour de la matière dans le four est compris entre 2 et 10 secondes et de préférence entre 2 et 5 secondes. Lorsque la matière redensifiée quitte le dernier plateau vibrant 18 du four 12, elle est compactée de manière à réduire son volume d'au moins environ 400 %. Elle est ensuite déposée sur le tapis 22 d'une bande transporteuse 24, qui l'entraîne vers le broyeur 26 Le compactage de la matière redensifée sortant du four est assuré en soumettant la matière présente sur la bande transporteuse 24 à la pression d'un rouleau métallique 30. Cependant d'autres systèmes peuvent être envisagés, comme notamment faire passer la matière entre deux rouleaux qui s'interpénètrent, par exemple un déchiqueteur et dans ce cas -8 le broyeur n'est pas nécessaire Afin de faciliter les opérations de broyage, on a disposé au bout de la bande transporteuse 24, un racloir 28 de manière à décoller -des morceaux de matière redensifiée On a constaté que lors du broyage de la matière redensifiée, il y avait un auto- échauffement de la matière En conséquence, si le produit amené au broyeur est trop chaud, on risque d'atteindre, à cause de l'autoéchauffement, la température de ramollisse- ment de la résine thermoplastique, lorsque cette dernière se.trouve dans le broyeur, ce qui provoque un bloquage des organes de celui-ci. Afin d'éviter cet inconvénient, on refroidit les déchets de matières redensifiées et compactées sortant du four 12, au moyen de dispositifs usuels comme par exemple une bande transporteuse, une chute libre de la matière directement au-dessus du broyeur, ou encore par transport pneumatique et refroidissement par l'air nécessaire au transport. De plus, il est bien connu que dans le broyeur 26, on peut encore augmenter la densité des déchets, notamment par la simple augmentation de la température due à l'autoéchauffement de la matière traversant le broyeur 26. Cependant on peut contrôler en partie l'autoéchauffement et partant l'augmentation supplémentaire de densité, en modifier le diamètre des mailles des tamis utilisés dans le broyeur 26 Après passage dans le broyeur 26, on récupère des parti- cules de matière redensifiée que l'on envoie dans un silo de stockage avant d'être réutilisée dans la chaîne de production. On a constaté, et ceci représente également un avantage du procédé de l'invention, que le système de plateaux vibrants 14, 18 s'adapte très facilement à des variations de flux de matière, pour autant que cela se réalise d'une manière régulière et sans que cela ait une influence néfaste sur les propriétés du produit redensifié ou sur le débit de production. Au contraire, cette faculté du système permet de régler le temps de séjour à l'intérieur du four 12 en réglant l'épaisseur de la matière déposée sur le premier plateau -9- vibrant au moyen de l'excitatrice électromagnétique, celle-ci ayant une incidence directe sur le flux de matière. D'autre part, on a également constaté que le procédé de présente invention permettait de traiter des mousses de résine thermoplastique ayant une teneur en eau non négligeable On a d'ailleurs trouvé que pour améliorer la redensification de billes expansibles de polystyrène, selon le procédé de l'invention, on a avantage à mouiller celles-ci avant de les disperser sur le premier plateau vibrant 14 du four 12. Finalement, on a aussi constaté que les pro- duits obtenus avaient une teneur en gaz résiduel relativement faible et généralement de l'ordre de 0,5 % et même 0,1 %, alors que la teneur à l'entrée était de l'ordre de 4 %. La présente invention se rapporte également à un appareillage pour réaliser le procédé de l'invention. L'appareillage de la présente invention comprend des moyens pour introduire des déchets sous forme broyée ou de billes expansibles ou expansées de mousse-de résines thermoplastiques, dans un four, comprenant plusieurs pla- teaux disposés en cascade, des moyens pour disperser ces déchets d'une manière régulière sur le premier plateau du four, des moyens pour faire avancer les déchets dans le four tout en autorisant un retournement des déchets sur eux-mêmes, des moyens pour chauffer les déchets au cours de leur passage dans le four, selon un profil de température s'échelonnant d'au moins environ 1200 C à l'entrée du four jusque environ 2100 C à la sortie du four, des moyens pour récupérer les déchets redensifiés sortant du four, des moyens pour réduire le volume de ces déchets d'au moins environ 400 %, des moyens pour refroidir les déchets redensifiés et compactés et les transporter dans un broyeur dans lequel on reforme des particules de déchets redensifiés et des moyens pour envoyer les déchets reden- sifiés dans un silo de stockage. Selon un mode d'exécution préféré de la présente invention, l'appareillage comprend une trémie d'alimentation du four 12 dans lequel on introduit d'une manière régu- 253025 'l - lière grâce à une excitatrice électromagnétique 16, les déchets sous forme de particules ou de billes, de mousse de résine thermoplastique. Le four 12 comprend plusieurs plateaux vibrants 14, 18 de manière à faire avancer la matière d'une manière continue en lui permettant de se retourner sur elle-même notamment à chaque passage de plateau Le four 12 comprend plusieurs systèmes de chauffage autonomes 20, généralement des résis- tances chauffantes ou des radiants infra-rouges dont la longueur d'onde varie entre 1,5 et 10 pm, pour permettre un meilleur contrôle du profil de température Le transfert de la matière redensifiée sortant du four est assuré par des moyens bien connus de l'homme de métier comme par exemple une bande transporteuse 24. La matière est ensuite décollée de la bande 24 au moyen du racloir 28 L'appareillage comprend également un broyeur usuel 26 pour reformer les particules de matière redensi- fiée et les envoyer dans un silo de stockage 32 de cette matière. Les exemples suivants sont donnés afin de mieux illustrer le procédé de l'invention, mais sans pour autant en limiter la portée Exemple 1 On a broyé des déchets de plaques en poly- styrène mousse contenant un dérivé bromé comme agent igni- fugeant, ayant une densité apparente d'environ 25 kg/m 3 pour obtenir un produit dont la granulométrie est citée dans le Tableau suivant. Granulométrie kg de déchets/heure. On a réglé le système de chauffage situé à l'entrée du four pour obtenir une température de 185 C,' tandis que le système de chauffage, formé par des résistances chauffantes, situé à la sortie du four est réglé pour obtenir une température de 200 C. La matière avance régulièrement à l'intérieur du four, tout en se retournant sur elle-même Le temps de séjour de la matière dans le four était de 3 secondes A la sortie du four, on a récupéré la matière redensifiée qu'on a transpor- tée sur le tapis d'une bande transporteuse jusque dans un broyeur. On a déterminé la densité apparente de la matià- re redensifiée et on a trouvé 175 kg/m 3. La teneur en gaz résiduel était de 0,2 % alors que celle des déchets introduits était de 1,1 %. De plus, on n'a constaté aucune dégradation de la matière, ce qui est prouvé par les mesures de viscosité en solution, qui était de 17,6 centistokes avant comme après traitement. A titre de comparaison, on a alimenté une reden- sificatrice à vis usuelle avec la même matière Le débit de production de matière redensifiée était seulement de 45 kg/heure. D'autre part, on a constaté que du produit était dégradé. Exemple 2 On a utilisé le même four que celui décrit à l'exemple 1 pour redensidier des billes expansibles de poly- styrène, ayant une densité apparente de 16 kg/m 3 On n'a eu aucun ennui particulier pour alimenter le four à un debit de 100 kg/heure. L'épaisseur de la couche de billes sur les plateaux vibrants était approximativement de 4 mm Le temps de séjour dans le four était de 3 secondes. Le profil de température était réglé de telle sorte que la température du système de chauffage disposé à la sortie du four était de 190 C. On a récupéré, à la sortie du four, du produit 12 - redensifié se présentant sous forme de billes devenues très fines, mais agglomérées les unes aux autres On n'a eu aucu- ne peine à transporter ce produit et à le broyer pour en fai- re des particules. La densité du produit redensifié était de 115 kg/m 3. Exemple 3 On a répété l'expérience réalisée à l'exemple 2, mais en mouillant les billes avant de les introduire dans la trémie d'alimentation du four On a constaté que l'on pouvait alimenter le four à un débit plus élevé qui était de 110 kg/heure. Le produit redensifié avait une densité apparente de 120 kg/ m. A titre de comparaison, on a tenté d'introduire des billes expansibles de polystyrène dans la redensificatri- ce à vis, mais sans parvenir à un résultat significatif. Aucun produit redensifié n'a pu être produit. Exemple 4 On a introduit dans la trémie d'alimentation du four des déchets de feuilles en mousse de polyéthylène dont la densité était de-20 kg/m 3. On a dispersé ces déchets sur le premier plateau vibrant au moyen de l'excitatrice électromagnétique Le débit d'alimentation était de 110 kg/heure. On a réglé le système de chauffage situé à l'entrée du four pour obtenir une température de 1200 C tandis que l'on a réglé les résistances chauffantes situées au-dessus du dernier plateau vibrant de manière à obtenir une température de 1400 C. La matière avance régulièrement dans le four. Le temps de séjour dans celui-ci était de 3 secondes. A la sortie du four on a récupéré la matière redensifiée, que l'on a compactée entre un rouleau métallique et le tapis de la bande transporteuse La matière était ensuite broyée La densité apparente de la matière redensi- fiée était de 132 kg/m 3. Ces exemples montrent clairement les avantages du procédé et de l'appareillage simple de la présente inven- 13 - tion. Il est évident que des modifications peuvent être apportées aux divers modes d'exécution qui ont été décrits ici, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 14 - Revendications: 1 Procédé pour redensifier des déchets de mousse de résine thermoplastique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à: introduire les déchets, dans la trémie d'alimentation d'un four comprenant au moins un plateau vibrant, et au moins un système de chauffage situé au-dessus du plateau vibrant; disperser d'une manière régulière les déchets sur le premier plateau vibrant de ce four; faire avancer les déchets sur le plateau vibrant, en les faisant se retourner sur eux-mêmes tout en les chauffant selon un profil de température s'échelonnant d'environ au moins 1200 C à l'entrée du four à environ 2100 C à la sortie du four; récupérer les déchets redensifiés à la sortie du four et les faire passer dans un dispositif qui réduise le volume des déchets redensifiés de 400 % au moins; refroidir les déchets redensifiés et compact 6 S avant de les introduire au broyeur; introduire les déchets redensifiés dans le broyeur pour reformer des particules de dimensions uniformes aptes à être réutilisées directement dans la chaîne de production. récupérer les particules ainsi formées de déchets redensifiés. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on redensifie des déchets de mousse thermo- plastique choisis de préférence parmi les mousses de polystyrène et les mousses de polyéthylène. 3 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2 en ce que l'on alimente le four de redensifi- cation soit avec des billes expansibles ou expansées de résine thermoplastfque soit avec des déchets de mousse préalablement broyés. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le four comporte plusieurs plateaux vibrants. Procédé selon l'une quelconque des revendica-. - tions 1 à 3 caractérisé en ce que l'on soumet les déchets de mousse de polystyrène à un profil de température s'éche- lonnant d'au moins environ 1500 C et de préférence 1900 C à l'entrée du four, à environ 2100 C, de préférence 2000 C à la sortie. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on soumet les déchets de mousse de polyéthylène à un profil de température s'échelon- nant d'au moins environ 1200 C à l'entrée du four à environ 1400 C à la sortie. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le temps de séjour dans le-four est compris entre 2 et 10 secondes et de préférence entre 2 et 5 secondes. 8 Appareillage pour redensifier des déchets de mousse de résine thermoplastique de densité apparente variant entre environ 5 kg/m 3 et environ 150 kg/m 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour introduire les déchets sous forme broyée ou sous forme de billes expan- sibles ou expansées, dans un four comprenant plusieurs plateaux disposés en cascade, des moyens pour disposer ces déchets d'une manière régulière sur le premier plateau du four, des moyens pour faire avancer les déchets dans le four tout en autorisant un retournement des déchets sur eux-mêmes, des moyens pour chauffer les déchets au cours de leur passa- ge dans le four, selon un profil de température s'échelonnant d'au moins environ 1200 C à l'entrée du four jusque environ 2100 C à la sortie du four, des moyens pour récupérer les déchets redensifiés sortant du four, des moyens pour réduire le volume de ces déchets d'au moins environ 400 %, des moyens pour refroidir les déchets redensifiés et compactés et les transporter dans un broyeur dans lequel on reforme des particules de déchets redensifiés et finalement des moyens pour envoyer les particules de déchets redensifiés dans un silo de stockage. 9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour introduire les déchets dans le four comprennent une excitatrice électromagnétique. 16 - Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 8 et 9 caractérisé en ce que les moyens pour faire avancer les déchets dans le four comprennent des plateaux vibrants. 11 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 8 à 10 caractérisé en ce que les moyens pour chauffer les déchets comprennent des résistances chauffantes ou des radiants infra-rouges dont la longueur d'onde varie outre 1,5 et 10 M