Brevet FR2711940A1 — publié le 19950512

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SEPARATION DE MATIERES PLASTIQUES L'invention concerne un procédé et un dispositif de séparation des composants d'un mélange de matières plastiques ou polymères. Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif permettant de séparer des matières plastiques composantes d'un mélange, présentant des points de fusion différents. Selon l'état actuel de la technique, les mélanges de polymères sont très souvent réalisés avec un agent de compatibilité et utilisés dans des applications peu exigeantes. Les thermoplastiques techniques perdent ainsi à tout jamais une part importante de leur valeur. On obtient un mélange de polymères doté de faibles propriétés mécaniques et chimiques. Afin de préserver notre environnement, on ressent, par conséquent, la nécessité de maintenir le plus longtemps possible la valeur relativement élevée des polymères recyclés et, notamment, des thermoplastiques techniques. Il existe une possibilité de maintenir la valeur des mélanges de polymères. Elle consiste à les séparer de manière à ce que l'on retrouve les propriétés initiales du polymère. Le brevet DE 302 72 52 décrit la séparation des composants d'un mélange de matières plastiques par refroidissement et broyage à une température inférieure à la température de fragilité de l'un des composants du mélange. Il en résulte des granulométries différentes permettant une séparation par tamisage. Les inconvénients majeurs de ce procédé sont les coûts élevés en matière d'énergie et de procédé entraînés par le refroidissement et le broyage. les brevets US 4 830 188 et US 5 126 058 décrivent un procédé de séparation des déchets plastiques par flottage et exploitation des différences de densité des composants du mélange. Ce procédé ne fonctionne que si les différences de densité sont considérables et nécessite des surfaces et des quantités d'eau importantes. De plus, il est possible que les différences de tension superficielle et de forme des particules aient des effets très négatifs sur le degré de séparation. Dans la publication Resour. Recovery Conserv. , 32, 179-90 37-3 (Plastic Fabrication and Uses), on propose de séparer les deux composants de matières plastiques ayant été mélangés mécaniquement en procédant à une charge triboélectrique et en utilisant la différence de déviation dans un champ électrique. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé et un dispositif de séparation des composants d'un mélange de matières plastiques, notamment les polymères constituant ce matériau, qui résout les inconvénients des procédés décrits ci- dessus. A cet effet, l'invention propose un procédé de séparation de matières plastiques présentant des températures de fusion Tn, I'indice n correspondant à chaque matière et allant croissant depuis la matière la plus fusible jusqu'à la matière de point de fusion le plus élevé, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer le mélange à une température T, comprise entre la température de fusion Tn-1 d'une première matière du mélange à séparer et la température de fusion Tn d'une seconde matière ayant un point de fusion immédiatement supérieur, à séparer la fraction fondue de la fraction solide par mise sous pression du mélange dans un espace de confinement muni d'au moins un orifice à travers duquel la fraction fondue s'évacue dudit espace de confinement. Ainsi, par le choix de la température T, il est possible de séparer un des composants du reste du mélange, soit le plus fusible, soit le moins fusible et par séparation successive, de récupérer chaque composant. Il est également possible de séparer le mélange en deux fractions constituées elles-mêmes de plusieurs composants. Selon une caractéristique préférée de l'invention, le procédé de l'invention est mis en oeuvre dans une vis d'extrusion, comprenant une zone de chauffage ou de fusion et une zone de séparation ou de compression associée et adjacente. Selon une autre caractéristique de l'invention, la vis d'extrusion peut comprendre plusieurs zones de chauffage ou de fusion successives séparées entre elles par des zones de séparation ou de compression associées. Par ailleurs, elle peut également comprendre une zone de chauffage terminale permettant de fondre la matière la moins fusible et ainsi de la récupérer à l'état fondu. L'invention a également pour objet une vis d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Cette vis d'extrusion comprend aux moins une zone de chauffage ou de fusion et une zone de séparation ou de compression associée dans laquelle le volume de l'espace de confinement défini par le filet de la vis et les parois du tube ou axe central supportent le filet et celles du fourreau de la vis, décroît dans le sens d'avancement du mélange. Cet espace de confinement comprend, selon l'invention, au moins un orifice formant un passage d'évacuation ou d'échappement de la fraction fondue, vers un espace de récupération. Selon un mode de réalisation de l'invention, la diminution du volume de l'espace de confinement peut être obtenue par augmentation du diamètre du tube ou axe de la vis d'extrusion. Dans ce mode de réalisation les orifices d'échappement sont constitués par des forages ou ouvertures assurant une communication entre l'espace de confinement et un canal central d'évacuation de la fraction fondue séparée. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la vis d'extrusion comprend, dans la ou les zones de séparation, un second filet définissant avec le premier filet un espace de confinement du mélange, et un second espace appelé espace de récupération de la fraction fondue, ces deux espaces communiquant entre eux par un passage ou orifice d'échappement. Ce passage ou cet orifice peut être constitué par des orifices formées sur la paroi du second et/ou du premier filet. Il peut également être formé par le jeu entre le bord du second filet et la paroi du fourreau de la vis d'extrusion. Avantageusement un moyen filtrant ou de tamisage peut être disposé dans les passage ou orifice d'échappement. En outre, les espaces de récupération de la matière fondue sont mis en communication avec un canal central d'évacuation défini dans le tube de la vis. Ce canal est avantageusement un canal axial. Il peut être équipé avec une vis d'évacuation permettant d'évacuer la matière fondue séparée. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, la diminution du volume de l'espace de confinnement est obtenue par la combinaison des deux modes de réalisation décrits ci-dessus, à savoir d'une part augmentation du diamètre de l'axe de la vis d'extrusion et d'autre part, présence d'un second filet dans la zone de séparation ou compression. Bien entendu, des moyens qui permettraient d'obtenir une augmentation de pression dans un espace de confinement sont dans le cadre de la présente invention. Ainsi, le procédé et le dispositif de l'invention sont de mise en oeuvre aisée. Par ailleurs, ils peuvent être utilisés pour tous types de mélanges de matières plastiques, chargés ou non. Ainsi, dans le cas de charges minérales à point de fusion élevée, celles-ci seront séparées et éliminées comme composants les moins fusibles. Les charges fusibles pourront être éliminées et isolées de manière analogue à la séparation d'une matière plastique du mélange, ou pourront être éliminées avec une des matières plastiques. D'autres buts, avantages et détails de l'invention apparaîtront plus clairement au vu de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'une vis d'extrusion conforme à l'invention, et - la figure 2 est une représentation agrandie de la zone I de la figure 1. Selon un mode de réalisation de l'invention, et en se réferant à la figure 1 le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de séparation de l'invention est constitué par une vis d'extrusion 1 comprenant un fourreau 2, un tube ou axe 3 sur la paroi duquel sont formés des filets 4, 5, 6. La vis d'extrusion est actionnée en rotation par un système d'entraînement non représenté. Le mélange de matières plastiques ou polymères est alimenté à l'extrémité A de la vis d'extrusion dans la zone 1 1 de chauffage ou fusion. Le mélange est ainsi porté à une température T supérieure à la température de fusion Tn de la ou des matières plastiques composant le mélange à séparer. Dans cette zone la vis comprend un filet 4 dont les bords viennent sensiblement sans jeu, en contact avec la paroi interne du fourreau 2. Le mélange partiellement fondu arrive ensuite dans une deuxième zone 12 dite zone de séparation ou de compression; Dans cette zone 12, la vis comprend toujours le filet 4. Mais, dans le mode de réalisation illustré, elle comprend un second filet 5 de pas inférieur au pas du filet 4. Ainsi, ce filet 5 divise l'espace défini par le filet 4 en deux espèces 13, 14. L'espace 14 est le prolongement de l'espace ou canal défini par le filet 4 dans la zone de préchauffage 1 1, et permet l'écoulement du mélange vers la sortie B de la vis. Le volume de l'espace ou canal 14 diminue progressivement sur toute la zone 12 de compression ou séparation. Cette diminution est obtenue notamment par la différence du pas des 2 filets 4, 5. Par ailleurs, pour accentuer cette diminution, le pas du filet 4 peut augmenter progressivement dans la zone 12, tandis que celui du filet 5 peut diminuer progressivement. Dans le mode de réalisation illustré, notamment à la figure 2, la communication entre l'espace 14 de confinement ou l'espace 13 de récupération est assuré par le jeu 15 présent entre les bords du filet 5 et la paroi interne du fourreau 2. Ainsi, la fraction fondue du mélange contenue dans l'espace 14 s'écoulera dans l'espace 13 sous l'effet de la pression générée par la diminution de volume de l'espace 14. L'espace 13 est un canal fermé à chacune de ses extrémités par, par exemple, des points de soudure 16, 17 entre les deux filets 4, 5. La matière fondue récupérée dans l'espace 13 est évacuée vers l'extérieur de la vis par un forage 18 formé à l'extrémité aval du canal et assurant la communication entre l'espace 13 et un conduit axial (non représenté) formé dans l'axe ou tube 3. Dans le mode de réalisation illustré, la fraction solide du mélange sortant de la zone 14 de compression et séparation est acheminée dans une troisième zone 19 dite zone de fusion. Cette zone permet de fondre la fraction solide restante pour permettre une récupération du mélange restant sous forme liquide ou de l'introduire dans une filière pour le récupérer sous forme de jonc. Par ailleurs, I'axe 3 de la vis possède une extrémité (3a) en forme de cône qui coopère avec un contre-cône non représenté conjugué permettant un déplacement longitudinal de la vis dans son fourreau. Dans le mode de réalisation illustré, I'axe de la vis 3 a un diamètre croissant depuis l'entrée A vers la sortie B de la vis. Cette forme conique de l'axe contribue à l'augmentation de pression dans l'espace 14. Son déplacement longitudinal dans le fourreau permet de réguler cette pression et donc d'influer sur le degré de séparation des matières. Le mode de réalisation décrit ci-dessus n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi, le dispositif de l'invention peut comprendre plusieurs zones 13, 14 disposées de manière adjacentes pour assurer une séparation successive des différents constituants du mélange. Par ailleurs, la communication entre les canaux ou espaces 13, 14 peut être assurée par des orifices prévus sur les parois des filets 4 et 5. Dans ce cas, il sera avantageux de fixer sur chaque orifice un moyen filtrant ou de tamisage pour éviter le passage de particules solides par les orifices. Dans un autre mode de réalisation, la diminution du volume de l'espace 14 peut être due à une forme conique du fourreau et/ou de la vis. Dans ce cas, la vis pourra ne comporter qu'un filet dans la zone de compression 12, la fraction fondue étant évacuée par des forages formés sur les parois du tube ou axe 3 de la vis, vers un canal collecteur axial prévu dans ledit axe. Il est également possible de prévoir une vis sans fin dans le ou les canaux collecteurs pour assurer l'évacuation de la fraction fondue séparée vers une des extrémités de la vis. REVENDICATIONS 1. Procédé de séparation de matières plastiques ou polymères constituants d'un mélange présentant des températures de fusion Tn, l'indice n correspondant à chaque matière et allant croissant depuis la matière la plus fusible jusqu'à la matière de point de fusion le plus élevé, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer le mélange à une température T, comprise entre la température de fusion Tn-1 d'une première matière du mélange à séparer et la température de fusion Tn d'une seconde matière ayant un point de fusion immédiatement supérieur, à séparer la fraction fondue de la fraction solide par mise sous pression du mélange dans un espace de confinement (14) muni d'au moins un orifice (15) à travers duquel la fraction fondue s'évacue dudit espace de confinement (14). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les opérations 1 5 précédentes peuvent être répétées pour séparer les constituants du mélange les uns des autres. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans une vis d'extrusion comprenant au moins une zone de chauffage ou de fusion (1 1) et, une zone de séparation ou de compression (1 2) associée et adjacente. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière solide séparée est récupérée sous forme solide ou à l'état fondu après un chauffage subséquent à la séparation de la fraction fondue. 5. Vis d'extrusion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une zone de chauffage ou de fusion (11) et, une zone de séparation ou de compression (12) associée dans laquelle le volume de l'espace de confinement (14) défini par le filet et les parois du tube et de la gaine, décroît dans le sens d'avancement du mélange, et en ce que cet espace de confinement (14) comprend au moins un orifice (15) permettant à la fraction fondue de s'échapper dudit espace. 6. Vis d'extrusion selon la revendication 5, caractérisée en ce que le diamètre du tube ou axe (3) de la vis d'extrusion (1) dans la zone de séparation ou de compression (12), croit dans le sens d'avancement de la matière, et en ce qu'il comprend des orifices (15) mettant en communication l'espace de confinement (14) et un canal central d'évacuation de la fraction fondue. 7. Vis d'extrusion selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans la zone de séparation ou de compression (12) un deuxième filet (5) définissant avec le premier filet (4) un espace de confinement (14) du mélange, et un second espace appelé espace de récupération de la fraction fondue, un passage pour la fraction fondue étant prévu entre l'espace de confinement (14) et l'espace de récupération (13). 8. Vis selon la revendication 7, caractérisée en ce que le passage entre l'espace de confinement (14) et l'espace de récupération (13) est constitué par au moins un orifice (15) formé dans la paroi du deuxième filet (5) et/ou du premier filet (4). 9. Vis selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que des éléments de tamisage ou filtrant sont disposés sur les orifices (15) formant le passage d'évacuation de la fraction fondue. 10. Vis selon l'une des revendication 7 à 9, caractérisée en ce que le passage entre l'espace de confinement (14) et l'espace de récupération (13) est constitué par le jeu défini (15) entre le bord du deuxième filet (5) et la paroi du fourreau (2) de la vis. 11. Vis selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un orifice d'évacuation axial (18) permettant de mettre en contact l'espace de récupération (13) de la matière fondue avec un canal d'évacuation de celle-ci hors de la vis d'extrusion (1). 12. Vis selon la revendication 1 1, caractérisée en ce que le canal central d'évacuation comprend une vis sans fin d'évacuation. 13. Vis selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs zones de chauffage et séparation associées, chaque ensemble zone de chauffage/zone de séparation étant portée à une température T supérieure à la température de fusion Tn de la matière à séparer du mélange entrant dans lesdites zones. 14. Vis selon l'une des revendications 5 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend dans sa dernière partie, avant l'évacuation de la matière la moins fusible ou de la fraction solide du mélange, une zone de chauffage (19) portée à une température supérieure à la température de fusion du composant le moins fusible du mélange.