Brevet FR2804056A1 — publié le 20010727

La présente invention concerne un procédé pour la réalisation d'objets à partir de déchets de caoutchouc recyclé. Elle concerne le recyclage de déchets de caoutchouc tels que, par exemple, ceux utilisés dans l'industrie automobile, notamment les pneus, les durits, les soufflets de cardan, les joints de pare-brise, etc... On sait que ces objets en caoutchouc sont obtenus à l'issue d'un cycle de transformation comprenant successivement le travail du polymère (mastication), le mélange, l'usinage et la vulcanisation. Au cours de la phase de travail, le polymère soumis à l'action mécanique d'un malaxeur (par exemple à cylindre ou de type Banbury) est malaxé de manière à pouvoir recevoir des charges de renforcement (noir de carbone, silice, kaolin, carbonate de calcium) et des plastifiants, des autooxydants, et des vulcanisants. L'usinage qui consiste en une opération de moulage de calandrage ou d'extrusion, est suivi de la confection de l'article, par exemple en combinant le matériau caoutchouteux avec un éventuel support, par exemple en métal, en tissu, etc... La phase de vulcanisation qui clôture le cycle de transformation est habituellement effectuée dans des presses hydrauliques chauffées à une température de l'ordre de 200 C, où le matériau est pressé dans un moule présentant la forme désirée et y demeure pendant une durée pouvant aller jusqu'à une heure ou plus. L'action de la chaleur conjuguée à celle des agents de vulcanisation (par exemple le soufre) ajoutés au caoutchouc provoque une série de réactions de formation de réseaux qui permettent au matériau encore plastique d'acquérir les caractéristiques de l'état élastique. La nécessité d'utiliser des accélérants découle de la lenteur de la réaction caoutchouc- soufre, même à température élevée. Il s'avère que la vulcanisation du caoutchouc est une transformation pratiquement irréversible du fait que le retour à la matière première d'origine implique des traitements thermiques et chimiques coûteux à haute température en vue de casser les chaînes moléculaires dues à la vulcanisation : Le coût d'un traitement s'avère trop important pour que l'on songe à effectuer un recyclage du caoutchouc en vue de réaliser les mêmes pièces. Pour tenter de s'affranchir de ce problème, on a proposé d'effectuer des mélanges incluant du caoutchouc de récupération (déjà vulcanisé) et du caoutchouc brut (non vulcanisé). Toutefois, cette solution ne permet pas d'obtenir de bons résultats du fait qu'elle conduit à un caoutchouc de médiocre qualité à un prix de revient relativement élevé dû essentiellement à la phase de vulcanisation qui doit être effectuée sur l'ensemble du mélange. En outre, lors de cette phase de vulcanisation, les particules déjà vulcanisées subissent un recuit qui altère leurs propriétés mécaniques (le caoutchouc se comporte comme un thermodurcissable ; sa fusion n'entraine que sa dégradation). En vue de supprimer ces inconvénients, la Demanderesse a également proposé dans la demande de brevet FR No 98 09816 du 28 juillet 1998 un procédé de recyclage du caoutchouc qui ne fait pas intervenir de phase de vulcanisation et qui permet d'exploiter les propriétés mécaniques, en particulier l'élasticité des particules en caoutchouc usagé, déjà vulcanisé. De façon plus précise, ce procédé comprend les étapes suivantes - le broyage des déchets de caoutchouc usagé de manière à obtenir une poudre, - le mélange de ladite poudre avec un liant consistant en un polymère thermoplastique de manière à obtenir une matière première à base de caoutchouc recyclé, - la réalisation de pièces par plasturgie à l'aide de moyens propres aux résines thermoplastiques, dans lesquelles la matière est portée à une température de fusion du liant, par exemple de 120 à 150 C. Grâce à ce procédé, on conserve les propriétés mécaniques du caoutchouc usagé auxquelles on combine celles de la résine thermoplastique dont on peut ajuster les paramètres. Ces propriétés ne sont pas altérées du fait que la température demeure relativement basse, inférieure à la température de vulcanisation. En particulier, la technique du broyage pour microniser les déchets permet d'incorporer la poudre de caoutchouc à des taux variables, étant entendu que plus le pourcentage de poudre est élevé, et plus les caractéristiques mécaniques sont faibles, la poudre ayant donc l'effet d'une charge neutre. Tout au contraire, le principe de l'alliage du caoutchouc vulcanisé avec une résine thermoplastique, et une adjonction éventuelle d'adjuvants complémentaires tels que de la silice, un plastifiant, voire même un agent gonflant, permet de valoriser une résine qui ne présente ni souplesse élastique, ni résilience, tandis que le caoutchouc vulcanisé devient une charge active. Il s'avère toutefois que ce procédé présente un grave inconvénient dû au fait qu'il comprend deux étapes de transformation, à savoir: la réalisation d'une matière première, habituellement sous la forme de granulés, et une deuxième étape de transformation par plasturgie de cette matière première en les pièces que l'on désire réaliser. En effet, ces deux étapes de transformation sont relativement coûteuses en énergie de sorte que le prix de revient des pièces recyclées se rapproche des pièces réalisées à partir de matières premières nobles, non recyclées. En conséquence, ce procédé n'est pas suffisamment compétitif et n'est donc pas utilisé de façon significative. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose un procédé permettant de réaliser directement des pièces sans étape intermédiaire de compoundage pour obtenir la matière première, de manière à pouvoir réduire (pratiquement de moitié) le coût de fabrication desdites pièces. D'une façon analogue aux procédés précités, ce procédé comprend une phase initiale de broyage des déchets de caoutchouc de manière à obtenir une poudre, une phase de mélange de la poudre avec un liant comprenant un polymère thermoplastique et une phase finale de réalisation par plasturgie des pièces à partir d'une matière issue dudit mélange, à l'aide de moyens propres aux résines thermoplastiques dans lesquels ladite matière est portée à une température de fusion du liant. Toutefois, à la différence des procédés précités, le procédé selon l'invention comprend préalablement à la phase de mélange, une phase d'imprégnation à température ambiante (sans chauffage significatif) de la poudre avec un plastifiant, de sorte que la phase de mélange est réalisée sur une poudre déjà imprégnée de plastifiant, et que le mélange obtenu est directement utilisé dans les moyens de réalisation des pièces par plasturgie. En fait, la bonne homogénéité du mélange obtenu, grâce à l'imprégnation préalable de la poudre, permet de supprimer une étape intermédiaire de compoundage qui, jusqu'ici, s'avérait nécessaire. Un autre inconvénient des procédés antérieurs précédemment évoqués consiste en ce qu'ils exigent l'utilisation d'installations de broyage coûteuses permettant d'obtenir une poudre de caoutchouc micronisée à un diamètre inférieur à 500 p., ces installations comprenant des dispositifs de criblage et de recyclage vers le broyeur de particules de diamètre supérieur à 500 #t. I1 est clair que le coût élevé en investissement et en fonctionnement de ces installations se répercute sur le prix de revient du produit fini. L'invention permet d'éviter cet inconvénient. Elle propose, à cet effet, de supprimer le poste de séparation et de recyclage des particules, en sortie du broyeur et d'effectuer l'imprégnation des particules "tout venant" ainsi produites. Les particules imprégnées sont alors tamisées à l'aide d'un tamis de manière à séparer la poudre de caoutchouc ultrafine de diamètre inférieur à 0,5#t et la poudre de caoutchouc plus grossière : Le procédé fait alors intervenir deux chaînes de traitement en parallèle, à savoir : une première chaîne de compoundage et de réalisation par plasturgie de pièces obtenues à l'aide de la poudre ultrafine et une seconde chaîne de compoundage et de réalisation, par plasturgie, de pièces obtenues à l'aide de la poudre grossière. Il convient de noter que par caoutchouc usagé, on entend aussi bien un caoutchouc naturel à base de latex qu'un caoutchouc synthétique, par exemple de type EPDM (Ethylène, Propylène, Diène, Monomère), PR/NR (Polybutadiène ou Butadiène Rubber (BR) ou NBR (obtenus par copolymérisation statistique d'acrylonitrile et de butadiène). De même, l'invention ne se limite pas à un type particulier de résine thermoplastique. Toutefois, des essais effectués avec des résines incluant de l'acétate de vinyle ont permis d'aboutir à des résultats satisfaisants. Dans le cas où l'on utilise de l'Ethylène Vinyle Acétate (EVA) le caractère adhésif de ce liant est fonction du taux de groupement acétate dans le copolymère EVA. Eventuellement, ce liant pourra comprendre du polyéthylène. Le plastifiant utilisé peut consister en un plastifiant naphténique. Un mode d'exécution d'une chaîne de production mettant en oeuvre le procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel La figure unique est une représentation schématique de l'installation. Dans cet exemple, les déchets de caoutchouc que l'on veut recycler sont tout d'abord entassés (tas 1) puis transportés par un convoyeur 2 dans un broyeur 3 où ils sont pulvérisés. Les particules de caoutchouc sont alors aspirées par un venturi 4 et transmises dans un poste d'imprégnation 5 dans lequel est pulvérisé un plastifiant primaire, à une température sensiblement ambiante. Les particules sont ensuite tamisées (tamis 6) et la poudre micronisée et imprégnée de plastifiant, qui présente un diamètre inférieur à 0,5 #t, est stockée dans une première trémie 10 tandis que la poudre plus grossière, dont le diamètre est compris entre 0,5 et 1,8 g, est stockée dans une deuxième trémie 9. A la sortie de la trémie 10, la poudre micronisée est transportée, par une vis de transport 11, jusqu'à un mélangeur 15 dans lequel est injectée une résine thermoplastique (réserve 12), par exemple de l'EVA, du SBS (réserve 13) et un plastifiant naphténique (réserve 14) (environ 10 % en poids). Le mélange ainsi produit est recueilli dans une trémie de stockage 16. Une vis de transport 17 amène ensuite ce mélange jusqu'à la goulotte d'alimentation 18 d'un dispositif de compoundage ("compoundeuse") 19 débouchant sur une filière d'extrusion 20 conçue de manière à extruder une bande de 2 à 12 mm d'épaisseur. Cette bande passe successivement par une calandre de contrôle 21 d'épaisseur et de marquage et par une calandre de refroidissement 22. La bande est ensuite entraînée par un tapis de refroidissement 23 et par une tireuse 24 avant d'être enroulée dans une enrouleuse 25. D'une façon analogue, les particules grossières stockées dans la trémie 9 pourront être traitées d'une façon similaire dans un mélangeur 15' recevant un liant et un plastifiant puis dans un poste de compoundage 19' et d'extrusion 20' de manière à obtenir une bande, plus épaisse. Cette bande peut ensuite passer dans des postes de calandrage 21', 22' avant d'être refroidie et enroulée dans un poste d'enroulement 25'. Avantageusement, au lieu d'être enroulées, les bandes ressortant des postes de calandrage 22 et 22' pourront être amenées l'une contre l'autre et solidarisées l'une à l'autre (poste 26), avec éventuellement application d'un adhésif intermédiaire pour former une bande composite comprenant une couche mince et résistante 27 issue de la chaîne 11 à 25 et un sommier résilient 28 constitué par la bande issue de la chaîne 15', 19', 20', 2 1', 22'. Bien entendu, les bandes ainsi réalisées pourront être utilisées dans de nombreuses applications telles que, par exemple, les revêtements de sol ou même des garnitures d'isolation antichoc, etc... Il apparaît donc qu'un avantage important de cette chaîne de production consiste en ce qu'elle ne nécessite pas l'usage d'un appareillage complexe pour la production de poudre micronisée mais un simple broyeur beaucoup moins coûteux associé à un dispositif de tamisage séparant la poudre fine des particules plus grossières, le produit de cette séparation étant traité séparément. Cette réduction de coût s'ajoute à celle résultant du fait que l'on effectue qu'une seule opération de compoundage et permet donc d'obtenir, contre toute attente, un prix de revient compétitif. Revendication 1. Procédé pour la réalisation d'objets à partir de déchets de caoutchouc recyclé, ce procédé comprenant le broyage des déchets de caoutchouc (broyeur 3) de manière à obtenir une poudre et le mélange de ladite poudre avec un liant comprenant un polymère thermoplastique (mélangeur 15), et une phase finale de réalisation par plasturgie des pièces (filière 20) à partir d'une matière issue dudit mélange, à l'aide de moyens propres aux résines thermoplastiques dans lesquels ladite matière est portée à une température de fusion du liant, caractérisé en ce qu'il comprend préalablement à la phase de mélange, une phase d'imprégnation à température ambiante (sans chauffage significatif) de la poudre avec un plastifiant (poste 5), de sorte que la phase de mélange est réalisée sur une poudre déjà imprégnée de plastifiant, et en ce que le mélange obtenu est directement utilisé dans les moyens de réalisation des pièces par plasturgie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit plastifiant est de type naphténique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, lors de la phase d'imprégnation (poste 5), le plastifiant est pulvérisé sur la poudre. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules imprégnées sont alors tamisées à l'aide d'un tamis (6) de manière à séparer la poudre de caoutchouc ultrafine de diamètre inférieur à 0,5g et la poudre de caoutchouc plus grossière. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux chaînes de traitement en parallèle, à savoir : une première chaîne de compoundage (19) et de réalisation par plasturgie de pièces obtenues à l'aide de la poudre ultrafine et une seconde chaîne de compoundage (19') et de réalisation, par plasturgie (20'), de pièces obtenues à l'aide de la poudre grossière. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de réalisation de pièces par plasturgie (20, 20') comprend l'extrusion de la matière compoundée en une bande. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdites chaînes comprennent chacune une étape d'extrusion de la matière compoundée en une bande. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un poste (26) de solidarisation des deux bandes l'une contre l'autre de manière à obtenir une bande composite comprenant une couche mince et résistante réalisée à l'aide de la poudre fine et un sommier résistant réalisé à partir des particules plus grossières. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit caoutchouc consiste en un caoutchouc naturel, à base de latex et/ou un caoutchouc synthétique de type EPDM (Ethylène, Propylène, Diène, Monomère), de type PR/NR (Polybutadiène ou Butadiène Rubber (BR) ou NBR (obtenus par copolymérisation statistique d'acrylonitrile et de butadiène). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit liant comprend de l'acétate de vinyle et/ou du polyéthylène. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc est mélangée à de la poudre de silice. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le susdit mélange comprend un plastifiant et/ou un agent gonflant.