Brevet FR2672608A1 — publié le 19920814

La présente invention a pour objet une méthode de recyclage des résines solubles dans l'eau; elle vise plus particulièrement une méthode selon laquelle on dissout avec de l'eau des éléments creux, réalisés en résine soluble dans l'eau dans un produit moulé d'injec- tion, et on recycle la solution mixte d'eau et de résine à l'état dispersé de façon appropriée pour fabriquer une résine qui peut être mélangée avec de la matière première. En règle générale, une résine soluble dans l'eau peut être facilement dissoute dans l'eau pour obtenir une suspension polymère dans laquelle la résine se disperse en fines particules dans l'eau, et de ce fait elle a été utilisée en tant que matière pour réaliser un élément creux, c'est-à-dire une coquille dans laquelle un produit moulé présente des formes géométriques, interne ou exter- ne, compliquées dans une technique de moulage par injec- tion; on réalise un noyau par moulage par injection avec une résine soluble dans l'eau déterminée, après quoi on place le noyau à l'intérieur d'une paire de coquilles dans laquelle une résine résistante à l'eau est surmoulée autour du noyau Après que la résine injectée se soit solidifiée, les coquilles sont ouvertes et le noyau est dissout par une pulvérisation d'eau, et l'on obtient ainsi un produit présentant une partie creuse. La méthode mentionnée ci-dessus est connue comme étant une "technologie à noyau perdu", selon laquelle on peut facilement réaliser des éléments creux présentant des formes géométriques, interne et externe, compliquées que l'on ne saurait réaliser par moulage par infiltration ou moulage par injection avec des coquilles mobiles Une résine typique soluble dans l'eau destinée à réaliser un noyau soluble est le GBC 1330 TE de Belland AG (Suisse) qui est un copolymère synthétique thermoplastique acide polyacrylique-méthacrylate, soluble dans l'eau, mélangé avec de petites quantités d'une charge minérale (désignée dans ce qui suit par résine vierge). Dans ce cas, selon la technologie à noyau perdu, une suspension de polymère dans laquelle la résine est dispersée dans l'eau est obtenue à partir d'une opération de dissolution sous forme de produit secondaire, et la suspension de polymère est placée dans un système public de drainage Bien que la suspension de polymère ne soit pas dangereuse pour la santé des êtres humains, elle peut toutefois polluer le système écologique, ce qui donne lieu à des problèmes d'environnement. A ce sujet, la firme suisse Belland AG suggère, dans le Journal of Modern Platics International, Novembre 1989, une méthode pour recycler les suspensions de poly- mère produites par les traitements de dissolution dans les usines de grande importance; la suspension de polymère est pulvérisée puis chauffée à une température prédé- terminée, de sorte que l'eau est évaporée pour réaliser une résine présentant une petite quantité d'humidité, ce traitement étant appelé méthode d'évaporation en pellicule mince La résine est chauffée sous vide puis transformée en pastilles La résine transformée en pastilles est réutilisée en la mélangeant avec une nouvelle résine selon un rapport pondéral approprié. Toutefois, la méthode de recyclage classique qui adopte le traitement d'évaporation en pellicule mince, augmente la consommation d'énergie, destinée au chauffage de la suspension de polymère afin d'en éliminer l'eau, et en outre les caractéristiques physiques ou chimiques de la résine peuvent être affectées par l'opération de chauffa- ge En conséquence, la résine récupérée a besoin d'être traitée de façon appropriée pour être réutilisée avec de la résine vierge. La méthode de recyclage de Belland AG adopte une technique de séchage sous vide pour éliminer complètement l'humidité restant dans la résine, de sorte que cette technique nécessite un récipient à vide, une pompe à vide et diverses installations annexes ce qui rend l'appareil de recyclage compliqué et accroît les coûts d'entretien. De plus, il est difficile par la technique de séchage sous vide, mentionnée ci-dessus, de contrôler les conditions opératoires pour régler la température de la suspension de polymère. La présente invention a pour objet principal de fournir une méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau, selon laquelle on peut récupérer de façon efficace la résine de la suspension de polymère sans modifier les caractéristiques physiques et chimiques de ladite résine. Un autre objet de la présente invention est de fournir une méthode pour recycler une résine soluble dans l'eau, selon laquelle on peut diminuer les coûts de fabrication en réduisant la consommation d'énergie et les dépenses d'entretien relatives à la technique de recycla- ge. Encore un autre objet de la présente invention est de fournir une méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau, selon laquelle on peut améliorer le rendement de dissolution en réutilisant une partie de la suspension de polymère évacuée de la technique de dissolution afin de dissoudre le noyau. Afin d'atteindre les objets mentionnés ci- dessus, la présente invention comporte une étape de dissolution destinée à dissoudre un noyau réalisé en résine soluble dans l'eau par pulvérisation d'eau chaude ou d'une autre solution avec des moyens de pulvérisation, une étape de concentration pour séparer l'eau de la suspension de polymère évacuée du stade de dissolution, une étape de séchage pour éliminer l'humidité restant dans la résine afin d'obtenir une résine sèche, et une étape de broyage et de mise en pastilles pour le broyage de la résine sèche, agglomérée en masse, afin d'obtenir une résine conformée en pastilles qui peut être mélangée avec de la résine vierge. La méthode de recyclage, selon la présente invention, augmente le rendement de production du fait que le temps nécessaire pour l'opération de dissolution peut être réduit en réutilisant une partie de la suspension de polymère évacuée du traitement de dissolution afin de dissoudre le noyau Dans l'étape de concentration, les exigences du traitement de concentration, par exemple la température de mise en oeuvre ou le degré de concentration de la suspension de polymère, peuvent être simplifiés en réalisant une séparation par centrifugation. En outre, une résine avantageuse, présentant la plupart des mêmes caractéristiques que celles d'une résine vierge peut être récupérée étant donné que la résine concentrée est chauffée indirectement par de la vapeur chaude, de ce fait, la résine récupérée peut être utilisée pour être mélangée avec de la résine vierge. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la descrip- tion détaillée suivante, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma de fonctionnement illustrant le procédé de recyclage selon la présente invention; et la Figure 2 est un système de tuyauterie appli- cable aux procédés de recyclage selon la présente inven- tion. En se référant à la Figure 1, la méthode de recyclage d'une résine soluble dans l'eau, selon la présente invention, comporte une étape de dissolution 51 destinée à dissoudre un noyau 10 réalisé en résine soluble dans l'eau dans un produit moulé par injection 12 en pulvérisant sur ce noyau de l'eau au moyen d'un dispositif de pulvérisation 14, une étape de concentration 52 pour séparer l'eau de la suspension de polymère évacuée de l'étape de dissolution 51 au moyen d'un séparateur centri- fuge 16, une étape de séchage 53 pour sécher l'humidité restant dans la résine concentrée évacuée de l'étape de concentration 52 au moyen de vapeur chaude dans un dessic- cateur à bande 18, une étape de broyage et de mise en pastilles 54 pour broyer la résine séchée présentant un faible taux d'humidité au moyen d'une fraise 20, et à l'introduire ensuite dans la trémie 22 d'une extrudeuse 24 dans laquelle l'humidité est complètement évaporée, après quoi on transforme en pastilles la résine évacuée de l'extrudeuse 24 au moyen d'une machine à pastiller 26. Chaque étape SI, 52, 53, 54 est automatiquement commandée au moyen d'un dispositif de contrôle (non représenté aux dessins) pourvu d'un ordinateur, qui commande la totalité de la procédure de recyclage en traitant un signal de sortie transmis à partir d'une pluralité de capteurs de température, de débitmètres et de capteurs de pression qui sont disposés dans une tuyauterie prédéterminée afin de contrôler une condition instantanée d'écoulement de l'eau destinée à la dissolution, ainsi que la suspension de polymère ou analogue. Dans l'étape de dissolution 51, selon la présente invention, de l'eau déionisée introduite à travers une conduite 28 d'une cuve de chauffage TA et une partie de la suspension de polymère, qui est évacuée de l'appareil de dissolution 30 puis introduite par une conduite 32 d'une cuve de stockage TB, sont mélangées dans une cuve de stockage TC dans laquelle la solution présente de 2 à 10 % en poids de résine et est maintenue à une température de 71 à 770 C ( 160 à 1700 F). La solution contenue dans la cuve de stockage TC est pompée au moyen d'une pompe 34 et transférée par une conduite 38 dans un échangeur thermique 36, dans lequel la solution est chauffée jusqu'à une température dans la gamme de 88 à 990 C ( 190 à 2100 F) Cette solution chaude est pulvérisée sur le noyau 10 du produit 12 au moyen d'un dispositif de pulvérisation 14 La pression de pulvérisa- tion de la solution est approximativement de 2,758 à 4,828 105 Pa ( 40 à 70 livres/pouce 2) et la vitesse de dissolution du noyau 10 est approximativement de 0,203 à 0,508 cm/mn ( 0,08 à 0,2 pouces/mn). On introduit ensuite de l'eau déionisée contenue dans la cuve de stockage TA par une conduite 38 et on la pulvérise sur la partie creuse du produit 12 dont le noyau a été déjà dissous De ce fait, la résine résiduelle qui est restée fixée à la partie creuse du produit 12 est complètement dissoute. En se référant à la Figure 2, on explicite ci- après l'étape de concentration 52 dans laquelle on sépare la résine de la suspension de polymère évacuée du stade de dissolution 51 à l'aide de la différence de densité entre l'eau et la résine. La suspension de polymère qui est introduite dans le réservoir de stockage TB par la conduite 32 de l'appareil de dissolution 30, est divisée en deux configu- rations d'écoulement; 80 % en poids de la suspension de polymère est recyclée dans le réservoir de stockage TC par une conduite 40 puis mélangée avec de l'eau déionisée fournie par la conduite 28, cette solution présentant de 2 à 10 % en poids de résine et pouvant être réutilisée pour le stade de dissolution Sl Au contraire 20 % de la suspension de polymère s'écoule par une conduite 42 à partir de la cuve de stockage TB jusqu'à une cuve de stockage TD dans laquelle elle demeure. La suspension de polymère dans la cuve de stockage TD est pompée au moyen d'une pompe 44, refroidie jusqu'à une température de 490 C ( 1201 F) au moyen d'un échangeur thermique 46, puis introduite dans un séparateur par centrifugation 16 par une conduite 48 La suspension de polymère est soumise à une séparation au moyen d'un disque tournant à 6000 tours minute en jouant sur la différence de densité entre l'eau et la résine L'eau, présentant une faible densité, se déplace vers le haut pour s'écouler dans une conduite 52, qui est connectée à la partie supérieure du séparateur centrifuge 16, et est recyclée dans la cuve de stockage TA La résine présentant une densité élevée par rapport à l'eau tombe vers le bas et est périodiquement collectée dans une chambre de récupération 54 qui est disposée sur la paroi latérale du séparateur centrifuge 16 La résine collectée dans la chambre de récupération 54 présente 50 % en poids d'eau que l'on pompe au moyen d'une pompe à engrenages 36 et introduit dans le dessiccateur à bande 18 par une conduite 58. La conduite 48 transférant la suspension de polymère dans le séparateur centrifuge 16 est pourvue d'une soupape de sûreté 60 qui commande la pression de fluide de la suspension de polymère en cours-circuitant cette dernière vers la cuve de stockage TD dans le cas o la pression d'écoulement de la suspension est plus élevée qu'une valeur de consigne prédéterminée Une conduite 62 est connectée à la conduite 48 pour réaliser par intermit- tence un échantillonnage de la suspension de polymère afin d'analyser la composition de cette dernière afin de mettre en oeuvre la technique de concentration. La suspension de polymère présentant 50 % en poids de résine est introduite dans le dessiccateur à bande 18, de sorte que la suspension de polymère est portée à une température de 1820 C ( 3600 C F) avec de la vapeur d'eau chaude et sous pression L'eau est évaporée de la suspension de polymère et la résine est évacuée sous la forme d'un gâteau présentant une teneur en humidité inférieure à 5 % en poids La résine en forme de gâteau est broyée dans un découpoir 20 associé au dessicateur à bande 18 puis transférée dans l'extrudeuse 24 par la trémie 22. Lorsque la résine transférée dans l'extrudeuse 24 est réchauffée au moyen d'un appareil de chauffage électrique ou d'un appareil de chauffage/refroidissement à huile (non représenté sur le dessin), l'humidité restant dans la résine à une teneur aussi basse que 5 % en poids est complètement éliminée La résine évacuée de l'extru- deuse 24, qui comporte une ou deux vis 64, est introduite dans la machine à pastiller 26 à partir de laquelle elle est évacuée sous forme de pastilles. Il est à noter que la résine sous forme de pastilles présente les mêmes caractéristiques physiques et chimiques que la résine vierge, et que l'on peut donc la réutiliser en la mélangeant avec de la résine vierge, de préférence selon un rapport pondéral de 10 à 30 %. Par ailleurs, des conduites 28, 38, 42, 48 connectées entre les étapes successives 51 à 54, les cuves de stockage TA à TD, l'appareil de dissolution 30 et le dessiccateur à bande 18, l'extrudeuse 24, et l'échangeur thermique 36, 46 sont pourvus d'un couple de capteurs de pression Pl à P 3, de capteurs de température T 1 à T 3 et de débitmètres F 1 à F 7, respectivement Ces capteurs respec- tifs transmettent le signal de sortie au dispositif de contrôle (non représenté aux dessins), qui commande la totalité des procédures de recyclage au moyen d'un pro- gramme spécifique de traitement, prévu à cet effet. Il est à noter que la portée de la présente invention n'est pas limitée par le mode de réalisation décrit ci-dessus et que l'on peut mettre en oeuvre un grand nombre d'autres modes de réalisation. Par exemple, dans l'étape de dissolution S, dans la forme de réalisation ci-dessus de cette invention, la conduite 38 est pourvue d'un échangeur thermique 36 qui est adapté pour chauffer la solution introduite à partir de la cuve de stockage TC dans l'appareil de dissolution pour dissoudre le noyau solide 10 à une température spécifique avec de la vapeur d'eau chaude En variante, il est possible de prévoir une chambre de chauffage autour de la cuve de stockage TC afin de chauffer directement la solution qui y est contenue jusqu'à une température spécifique sans l'aide de l'échangeur thermique 36. En outre, dans l'étape de dissolution 51 dans le mode de réalisation cidessus de la présente invention, la suspension de polymère évacuée de la cuve de stockage TB est transférée dans la cuve TC pour être réutilisée dans le traitement de dissolution Il est également possible que toute la suspension de polymère évacuée de la cuve de stockage TD soit introduite dans la cuve de stockage TD, et que la cuve de stockage TC soit uniquement remplie avec de l'eau déionisée destinée à dissoudre le noyau soluble 10. Dans l'étape de concentration 52 comme dans le mode de réalisation ci-dessus de l'invention, une méthode de séparation centrifuge destinée à séparer l'eau de la suspension polymère, en utilisant un dispositif de sépara- tion centrifuge 16, est décrite, mais dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut adopter une méthode par évaporation en pellicule mince, de sorte que l'eau dans la suspension polymère est évaporée en chauffant la suspension de polymère précipitant en forme de goutte- lettes à une température de 1411 C ( 3001 F) Dans cette méthode, l'échangeur thermique 46 destiné à refroidir la suspension polymère transférée de la cuve de stockage TD dans le dispositif de séparation centrifuge 16 peut être omis, et on peut substituer au dispositif de séparation centrifuge 16 un récipient d'évaporation (non représenté aux dessins) pour chauffer la suspension de polymère qui y est introduite, ce récipient étant pourvu d'un disposi- tif de chauffage électrique, d'un dispositif à vapeur d'eau chaude ou à hul le chaude ménagé autour de sa périphérie externe. Dans le stade de séchage 53 du mode de réalisa- tion mentionné ci-dessus, la suspension polymère est séché dans un dessiccateur à bande 18, et il est possible de produire une poudre de résine en chauffant la suspension de polymère alimentée sous la forme de gouttelettes pulvérisées, de sorte que le découpoir 20 et l'extrudeuse 24 du mode de réalisation ci-dessus selon la présente invention peuvent être omis et que la poudre de résine peut être mélangée avec la résine vierge pour réaliser un noyau soluble. Comme décrit ci-dessus, la méthode de recyclage selon la présente invention peut permettre de récupérer une résine de haute qualité à partir de la suspension polymère sans modification de ses caractéristiques physi- ques ou chimiques, de sorte que l'on peut diminuer le prix de la préparation d'un noyau soluble et accroître le rendement de dissolution d'un noyau soluble en réutilisant la suspension de polymère évacuée du traitement de disso- lution afin de dissoudre le noyau soluble. Bien que l'invention ait été représentée et décrite sous la forme d'un mode de réalisation préféré, il est bien clair pour l'homme de l'art que l'on peut réali- ser de nombreux changements et modifications sans s'écar- ter du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1 Méthode pour recycler une résine soluble dans lteau à partir d'un produit moulé par injection, compor- tant: un stade de dissolution destiné à dissoudre un noyau réalisé en résine soluble dans l'eau par pulvérisa- tion d'eau chaude ou d'une solution spécifique au moyen d'un dispositif de pulvérisation; une étape de concentration pour séparer l'eau de la suspension de polymère évacuée de l'étape de dissolu- tion pour obtenir une résine concentrée; une étape de séchage pour éliminer l'humidité restant dans la résine concentrée afin d'obtenir une résine sèche; et une étape de broyage et de mise en pastilles pour broyer la résine séchée à l'état de gâteau afin d'obtenir une résine conformée en pastilles qui peut être mélangée avec de la résine vierge. 2 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle la solution destinée à dissoudre le noyau est un mélange d'eau déioni- sée et de suspension de polymère et ledit mélange est contenu dans une cuve de stockage TC et renferme de 2 à % en poids de résine, tout en étant maintenue dans la gamme de température de 710 C à 770 C ( 160 à 1700 F). 3 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 2, dans laquelle la solution est chauffée jusqu'à une température de 880 C à 990 C ( 190 à 2100 F) dans un échangeur thermique disposé dans une conduite et ensuite transférée dans un appareil de disso- lution. 4 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 2, dans laquelle la solution contenue dans la cuve de stockage TC est chauffée jusqu'à une température prédéterminée de traitement de dissolution au moyen d'une chambre de chauffage d'une cuve de stockage TC, puis directement transférée dans l'appareil de disso- lution. Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle l'eau déionisée contenue dans une cuve de stockage TA est réintroduite dans l'appareil de dissolution par les conduites puis pulvérisée sur l'élément creux du produit moulé par injection de façon à dissoudre complètement la résine restante. 6 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle seulement l'eau déionisée contenue dans la cuve de stockage TA est transférée dans l'échangeur thermique par les conduites puis chauffée jusqu'à la température de traitement de dissolution, et ladite eau déionisée est pulvérisée sur le noyau au moyen d'un dispositif de pulvérisation. 7 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle la suspen- sion polymère évacuée de l'appareil de dissolution est divisée en deux configurations d'écoulement, 80 % de la résine polymère étant transférée dans la cuve de stockage TB tandis que le résidu est transféré dans la cuve de stockage TC. 8 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle l'étape de concentration consiste à séparer l'eau de la solution polymère que l'on pompe à partir de la cuve de stockage TD puis refroidie jusqu'à une température de 491 C dans l'échangeur thermique, à recycler l'eau dans la cuve de stockage TA par une conduite et à recueillir de façon périodique la résine concentrée dans une chambre de récupération. 9 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle l'étape de séchage consiste à chauffer la résine concentrée jusqu'à une température de 1820 C dans un dessiccateur à bande avec de la vapeur d'eau chaude et sous pression, et à évacuer la résine présentant une teneur en humidité inférieure à 5 % à l'état de gâteau dans un découpoir pour y être broyée. Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans laquelle le stade de broyage et de mise en pastilles consiste à transférer la résine broyée dans une trémie, à chauffer la résine jusqu'à une température d'environ 188 WC à 1991 C ( 370 à 3901 F) à l'intérieur d'une extrudeuse afin d'éliminer complètement l'humidité restant dans la résine, et à mettre en pastilles la résine évacuée de l'extrudeuse en une résine conformée en pastilles destinée à être mélangée avec de la résine vierge. 11 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 10, dans laquelle la résine conformée en pastilles est mélangée avec de la résine vierge selon un rapport pondéral de 10 à 30 %. 12 Méthode pour recycler une résine soluble dans l'eau à partir d'un produit moulé par injection, comportant: une étape de concentration pour séparer l'eau de la suspension de polymère afin d'obtenir une résine concentrée; et une étape de séchage pour éliminer l'humidité restante de la résine concentrée. 13 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 12, dans laquelle l'étape de concentration consiste à transférer la solution de poly- mère contenue dans une cuve de stockage TD dans un réci- pient d'évaporation pourvu d'un dispositif de chauffage sur sa périphérie externe, à chauffer le polymère en suspension qui précipite sous la forme de gouttelettes jusqu'à une température de 1410 C afin d'éliminer l'humi- dité de la suspension de polymère conformée en gouttelet- tes. 14 Méthode pour recycler la résine soluble dans l'eau selon la revendication 12, dans laquelle l'étape de concentration consiste à pulvériser la suspension de polymère puis à chauffer la suspension pulvérisée de polymère afin d'éliminer complètement l'humidité et de produire une résine en poudre.