Brevet FR2615144A1 — publié le 19881118

La présente invention a pour objet un procédé et une installation de préparation en continu de produits constitués d'une charge à base de liquide dispersée dans ou enrobée par un liant thermoplastique. On connaît des procédés de préparation de produits à partir d'une matière thermoplastique à l'intérieur de laquelle a été introduite une charge solide. Cette charge solide dépend des applications du produit, et peut, par exemple être constituée d'une part par des charges destinées à diminuer le coût du produit sans trop modifier ses caractéristiques physiques ou chimiques, comme par exemple de la sciure ou farine de bois, du talc, des carbonates minéraux ou des déchets divers concassés, ou d'autre part, par des charges destinées à améliorer certaines caractéristiques physiques ou chimiques, telles que la rigidité, l'opacité, la tenue mécanique à la chaleur ou à d'autres agents agressifs, la conductivité électrique, comme par exemple des fibres ou billes de verre, des fibres d'amiante ou de carbone, des poudres ou paillettes métalliques. Généralement, ces mélanges sont réalisés dans une machine d'extrusion à une ou plusieurs vis entraînées en rotation à l'intérieur d'un fourreau. La matière plastique introduite sous forme de granulés à l'extrémite amont et entraînée dans le fourreau est tout d'abord fondue, puis mélangée avec la charge solide introduite dans la partie médiane de la machine d'extrusion. Le fourreau est chauffé grâce à des enceintes de chauffage électriques ou à vapeur qui sont réparties sur toute la longueur ou localisées à des emplacements déterminés~. Cependant, s'il est possible de mélanger de la sorte une charge solide et un liant thermoplast que, il est difficile de mélanger dans une machine d'extrusion à vis une charge liquide non réactive avec un liant thermoplastique, à cause de-la trop grande disparité de leurs viscosités. En effet, la construction des machines d'extrusion à simple ou à double vis, nécessite la présence de jeux fonctionnels entre les vis et le fourreau, par où la phase liquide peut s'échapper, empêchant ainsi son passage vers la sortie de la machine d'extrusion. De plus, à supposer qu'il soit possible de réaliser des ensembles où ces jeux fonctionnels seraient réduits jusqu'à devenir négligeables, la phase liquide pourrait malgré tout refluer vers la trémie d'alimentation du liant thermoplastique, en suivant le trajet hélicoidal entre les filets de la ou des vis de la machine d'extrusion. La présente invention a donc pour objet un procédé et une installation permettant de préparer en continu de manière efficace et facile des produits constitués d'une charge à base de liquide dispersée dans ou enrobée par un liant thermoplastique. Selon l'invention, le procédé de préparation en continu d'un produit constitué d'une charge à base de liquide et d'un liant thermoplastique est caractérisé en ce que, dans au moins une machine d'extrusion à une ou deux vis corotatives, on réalise une viscosification de la charge à base de liquide par épaississement de ladite -charge à base de liquide avec un agent viscosifiant, et une dispersion ou un enrobage de la charge ainsi viscosifiée dans le liant thermoplastique fondu dans ladite machine d'extrusion. Selon une caractéristique de l'invention, là viscosification de la charge à base de liquide peut être accrue par l'injection d'un agent réticulant dans la machine d'extrusion. Selon une autre caractéristique de l'invention, la viscosification de la charge à base de liquide est comprise entre 0,05 et 10 fois la viscosité du liant thermoplastique. L'invention a également pour objet -une installation de préparation en continu d'un produit constitué d'une charge à base de liquide et d'un liant thermoplastique, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'injection d'un agent viscosifiant avec la charge à base de liquide et des moyens d'injection du liant thermoplastique, à des emplacements déterminés, dans au moins une machine d'extrusion à une ou deux vis corotatives entraînées en rotation à l'intérieur d'un fourreau muni d'organes de chauffage et à son extrémité d'une filière d'extrusion. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente schématiquement lten- semble d'une installation conforme à l'invention, - la Fig. 2 représente schématiquement une première variante de l'installation conforme à l'invention, - la Fig. 3 représente schématiquement une seconde variante de l'installation conforme à l'in~ vention, - la Fig. 4 est une vue schématique en coupe transversale du produit obtenu selon la troisième variante de l'installatiôn. L'installation de préparation en continu de produits constitués d'une charge à base de liquide et d'un liant thermoplastique tels que représentés à la Fig. 1 comporte tout d'abord une machine d'extrusion 1 comprenant, d'une façon générale, une ou deux vis 2 entraînées en rotation ou autour de leurs axes à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 3 qui les enveloppe. La ou les vis 2 sont munies de filets ou autres organes périphériques qui déterminent des zones successives de traitement et le fourreau 3 est muni d'enceintes de chauffage électrique ou à vapeur, non représentées, qui sont réparties sur toute sa longueur ou localisées à des emplacements déterminés. D'autre part, le fourreau 3 comporte à son extrémité amont, par rapport au sens de déplacement de la matière, un orifice d'introduction 4 et à son extrémité aval au moins une filière 5. Sur l'orifice d'introduction 4 est disposée une trémie 6 dans laquelle est déversé par l'intermédiaire d'un doseur 7 à partir d'une trémie de stockage 8, un agent viscosifiant qui est donc introduit à l'extrémité amont de la machine d'extrusion 1. La charge à base de liquide constitué par une solution aqueuse ou non aqueuse est introduite par l'intermédiaire d'une pompe 9, soit dans la trémie 6 par une conduite 10 en même temps que l'agent viscosifiant, soit directement dans la machine d'extrusion 1 par une conduite 11 en aval de l'orifice 4, ou les deux en même temps. En aval de l'orifice d'introduction 4 de l'agent viscosifiant et de la charge liquide et à une distance suffisante de ce dernier, le fourreau 3 comporte un autre orifice d'introduction 12 muni d'une trémie 13 dans laquelle est déversé un liant thermoplastique par l'intermédiaire d'un doseur 14 à partir d'une trémie de stockage 15. Le liant thermoplastique constitué par un polymère sous forme de grains est introduit dans la machine d'extrusion 1 et entraîné dans le fourreau 3 par la ou les vis 2, puis est fondu dans ladite machine d'extrusion. Par ailleurs, les introductions du liant thermoplastique et de l'agent viscosifiant avec la charge liquide peuvent être inversées. Dans ce cas, l'agent viscosifiant et la charge liquide sont introduits à l'entrée de la machine d'extrusion, et le liant thermoplastique est introduit en aval par rapport au sens de déplacement de la matière dans ladite machine d'extrusion. Le traitement de la charge liquide par un agent viscosifiant permet d'en accroître la viscosité jusqu'à ce qu'elle soit# comprise entre 0,05 et 10 fois la viscosité du liant thermoplastique dans les conditions de fonctionnement de la machine d'extrusion, afin de réaliser une dispersion et un enrobage de ladite charge liquide dans le liant thermoplastique, grâce au mélange intime que peut accomplir sur des matières très visqueuses une machine d'extrusion à vis, et plus particulièrement une machine d'extrusion à double vis corotatives. Dans le cas d'une charge liquide constituée principalement d'une solution aqueuse pouvant contenir des Sels dissous, une telle viscosification peut être obtenue par l'adjonction de polymères hydrosolubles ou de matières pulvérulentes, ou de leur combinaison. Parmi les additifs susceptibles d'être employés à cet effet, on peut citer, à titre d'exemples non limitatifs - les polyacrylamides à différents taux d'hydrolyse, ainsi que l'acide polyacrylique, - les polymères d'origine biologique tels que, en général, les polysaccharides (gommes de xanthane, polyglucanes, cellulose, alginates, carraghénanes) et leurs dérivés, - les argiles (bentonite). De préférence, on utilise pour des raisons de coût et de performance les polyacrylamides pour les applications impliquant des solutions aqueuses peu salées et des taux de cisaillement modérés, ainsi que les xanthanes et les polyglucanes dans des solutions fortement salées et/ou pour des taux de cisaillement élevés lors de la mise en oeuvre du procédé. Pour une charge liquide constituée principalement d'une solution non aqueuse comme, par exemple, un ou plusieurs solvants ou solutés organiques, la viscosification est obtenue par l'adjonction de matières minérales pulvérulentes et/ou d'un polymère soluble dans ladite solution. L'obtention des fortes viscosités nécessaires à ce procédé peut facultativement être rendue possible, plus facile ou plus économique par l'injec- tion d'un additif secondaire dit agent réticulant 16 par un orifice 17 prévu dans le fourreau 3 de la machine d'extrusion 1 à l'aval du point d'injection de l'agent viscosifiant avec la charge liquide. Cet agent réticulant est constitué par des composés organiques comportant deux ou plusieurs groupements fonctionnels réactifs permettant d'obtenir un accrochage des chaînes macromoléculaires entre elles en plusieurs points, ce qui réduit leur capacité à glisser l'une par rapport à l'autre et accroît donc leur viscosité dans des proportions importantes, et conduit à la formation d'un gel. Des composés minéraux peuvent également être employés, tels que des sels de cations multivalents choisis en fonction du polymère utilisé. Ils peuvent être constitués, par exemple, par des sels de calcium ou de magnésium (bivalents) ainsi que des sels de chrome, aluminium ou fer (trivalents). Ces sels provoquent un effet dit de réticulation ionique. L'emploi de tels agents réticulants permet d'utiliser de 2 à 40 fois moins de polymères pour obtenir la même viscosité que celle obtenue sans ces agents, et diminue donc le coût de la mise en oeuvre du procédé. Selon une première variante illustrée à la Fig. 2, l'installation comporte, comme précédemment, une machine d'extrusion principale à vis 1, comprenant une ou deux vis 2 entraînées en rotation dans un fourreau 3 muni à son extrémité aval d'une filière 5. L'agent viscosifiant est introduit, comme précédemment, à l'extrémité amont. de la machine d'extrusion à vis 1 par l'orifice 4. La charge à base de -liquide est également introduite par l'intermédiaire de la pompe 9, soit dans la trémie 6 par la conduite 10 en même temps que l'agent viscosifiant, soit directement dans la machine d'extrusion 1 par la conduite 11 en aval de l'orifice 4, ou les deux en même temps. L'injection de l'agent réticulant 16 est effectuée par l'orifice 17 dans le fourreau 3 de la machine d'extrusion à l'aval du point d'injction de l'agent viscosifiant avec la charge liquide. Mais dans ce mode de réalisation, l'installation comporte une machine d'extrusion à vis secondaire 20 comprenant également une ou deux vis 21 entraînées en rotation dans un fourreau 22 muni à son extrémité aval d'orifices de sortie 23 qui débouchent dans la machine d'extrusion principale 1 à une distance suffisante de l'orifice d'introduction 4 de l'agent viscosifiant avec la charge à base de liquide. Cette machine d'extrusion econdaire 20 permet la préparation du liant thermoplastique et comporte à cet effet, à son extrémité amont, un orifice d'introduction 24 muni de la trémie 13 dans laquelle est déversé le liant thermoplastique par l'intermédiaire du doseur 14 à partir de la trémie de stockage 15. A la sortie de la machine d'extrusion secondaire 20, le liant thermoplastique fondu est injecté dans la machine d'extrusion principale 1 où il enrobe la charge viscosifiée, puis le produit est extrudé dans la filière 5. Les points d'injection dans la machine d'extrusion principale du liant thermoplastique et de la charge viscosifiée peuvent être inversés. Les deux configurations qui viennent d'être décrites permettent une préparation en continu sans bac de stockage, ni pompe de reprise, en mettant à profit la capacité des machines d'extrusion à vis à pomper les liquides. très visqueux en même temps qu'elles en assurent la préparation. La filière 5 disposée à l'extrémité aval de la machine d'extrusion principale peut, le cas échéant, être remplacée par un moule permettant le production d'un jonc, d'un boudin, d'un profilé, de granulés ou de pièces moulées, constituée de la charge liquide viscosifiée enrobée dans le liant thermoplastique. A titre d'exemple, ce procédé peut être utilisé pour la stabilisation de charges liquides par dispersion et enrobage dans un polymère dont la fonction est de limiter- ou supprimer les échanges avec le milieu extérieur. Plus particulièrement, on peut ainsi traiter les solutions aqueuses fortement salines mais faiblement radioactives produites. en tant que déchets par l'exploitation de diverses centrales ou procédés nucléaires, en les enrobant dans divers polymères tels que les polyoléfines (polyéthylène, polypropylène, etc...) dans divers copolymères (éthylène-vinyl-acétate) ou d'autres. Le produit obtenu est ainsi rendu plus facilement manipulable et présente un risque considérablement diminué de contamination de l'environnement.Les contenants utilisés pour la manipulation et le stockage de ces déchets liquides sont ainsi protégés contre leur nature corrosive, et les lieux de stockage sont ainsi protégés contre les risques résultant d'une évaporation, d'un contact avec l'air, ou d'une lixiviation par la pluie, par des fuites d'eau ou par des inondations, ainsi qu'à des erreurs de manipulation pouvant causer le percement de certains de ces contenants. Par ailleurs, ce procédé- peut également être employé pour introduire une charge liquide dans un polymère thermoplastique, afin de libérer ladite charge liquide au cas où le produit serait soumis à des fortes contraintes mécaniques ou thermiques. Plus particulièrement, on peut ainsi fabriquer des produits contenant une solution d'un indicateur coloré, odorant, et réactif ou détectable de toute autre manière, et qui serait libéré seulement lorsque la température ou le degré de cisaillement ou l'écrasement du produit auraient excédé les limites fixées par le choix du matériau enrobant. On peut aussi conférer à diverses matières plastiques des propriétés améliorées de résistance au feu, de non propagation des flammes et d'auto-extinction, en mettant à profit soit simplement la forte chaleur latente absorbée par l'évaporation de l'eau et le fait que la vapeur d'eau dégagée va exclure localement l'oxygène nécessaire à la combustion, soit les propriétés anticombustives d'additifs spécifiquement dissous à cet effet. Dans certains cas de combinaisons entre différentes sortes de liants thermoplastiques et de charges li#quides viscosifiées, la mouillabilité relative de ces deux phases entre elles et avec les éléments mécaniques de la machine d'extrusion à vis peut rendre difficile l'enrobage de la charge liquide viscosifiée par le liant thermoplastique, leur tendance naturelle étant plutôt inverse. A cet effet, on réalise, comme illustré à la Fig. 3, une coextrusion dans une filière spéciale. Sur cette figure, on a représenté seulement l'extrémité d'une machine d'extrusion principale 30 comprenant essentiellement un fourreau allongé 31 qui enveloppe une ou plusieurs vis 32 entraînées en rotation et dans laquelle est préparée la charge liquide viscosifiée A. Une filière d'extrusion 33 est fixée à l'extrémité de la machine d'extrusion principale 30 et comporte une chambre interne 34 dans laquelle débouche un orifice de sortie 35 d'une machine d'extrusion secondaire 36 de préparation. du liant thermoplastique B. Cette machine d'extrusion 36 comporte un fourreau allongé 37 qui enveloppe une ou plusieurs vis 38. Le liant thermoplastique B est extrudé par la filière 33 et forme une gaine de section cylindrique ou oblongue (Fig. 4) entourant la charge liquide viscosifiée A préparée dans la machine d'extrusion 30. Le tube ou profilé ainsi obtenu est ensuite pincé et soudé à la sortie de la filière 33 par des pinces de. soudage et de coupage 39 et sectionné de place en place pour former de petits emballages étanches individuels facilement manipu#lables. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation en continu d'un produit constitué d'une charge à base de liquide et d'un liant thermoplastique, caractérisé en ce que, dans au moins une machine d'extrusion (1, 20, 30, 36) à une ou deux vis corotatives (2, 21, 32, 38). on réalise une viscosification de la charge à base de liquide par épaississement de ladite charge à base de liquide avec un agent viscosifiant, et une dispersion ou un enrobage de la charge ainsi viscosifiée dans le liant thermoplastique fondu dans ladite machine d'extrusion (1, 20, 30, 36). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la viscosification de la charge à base de liquide par l'agent viscosifiant est accrue par l'injection d'un agent réticulant dans la machine d'extrusion (1, 20, 30, 36). 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la viscosification de la charge à base de liquide est comprise entre à,05 et 10 fois la viscosité du liant thermoplastique. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charge à base de liquide est constituée par une solution aqueuse ou non aqueuse. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent viscosifiant est constitué par des polymères solubles ou des matières pulvérulentes ou les deux à la fois. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'agent réticulant est constitué par des composés organiques ou minéraux multifonctionnels, comme par exemple des sels de cations multivalents choisis en fonction de l'agent viscosifiant utilisé. 7. Installation de préparation en continu d'un produit constitué d'une charge à base de liquide et d'un liant thermoplastique, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (6, 7, 8, 9, 10, 11) d'injection d'un agent viscosifiant avec la charge à base de liquide et des moyens (13, 14, 15) d'injection du liant thermoplastique, à des emplacements déterminés dans au moins une machine d'extrusion (1, 20, 30, 36) à une ou deux vis corotatives (2, 21, 32, 38) entraînée(s) en rotation à l'intérieur d'un fourreau (3, 22, 31, 37) muni d'organes de chauffage et, à son extrémité, d'une filière d'extrusion (5, 33). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (16, 17) d'injection d'un agent réticulant. 9. Installation selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les moyens d'injection du liant thermoplastique sont constitués par une machine d'extrusion secondaire (20) à une ou deux vis corotatives (21) dans laquelle est préparé ledit liant thermoplastique et qui alimente la machine d'extrusion (1) dans laquelle sont introduits l'agent viscosifiant, la charge à base de liquide et l'agent réticulant. 10. Installation selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les moyens d'injection de l'agent viscosifiant avec la charge à base de liquide et de l'agent réticulant sont constitués par une machine d'extrusion secondaire (20) alune ou plusieurs vis corotatives (21 > dans laquelle sont préparés la charge viscosifiée constituée par ledit agent viscosifiant, ladite charge à base de liquide et ledit agent réticulant, et qui alimente la machine d'extrusion (1) dans laquelle est préparé le liant thermoplastique. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la machine d'extrusion secondaire (36) de préparation du liant thermoplastique débouche dans une chambre interne (34) d'une filière de coextrusion (33) qui entoure l'extrémité de la machine d'extrusion (30) de préparation de la charge viscosifiée pour enrober ladite charge viscosifiée dans ledit liant thermoplastique.