Brevet FR2829720A1 — publié le 20030321

Cas S 01/14-Procédé pour la mise en oeuvre par extrusion-soufflage d'un HDPE usagé La présente invention concerne un procédé pour la mise en oeuvre par extrusion-soufflage d'un HDPE (polyéthylène haute densité) ainsi que des réservoirs à carburant susceptibles d'être obtenus à l'aide de ce procédé. L'utilisation croissante des matières plastiques pose depuis de nombreuses années un problème pour l'environnement. Ainsi par exemple, dans l'industrie automobile, des législations ont été prévues afin d'imposer un taux pondéral minimum de recyclage des matières plastiques utilisées. Le réservoir à carburant, qui est souvent réalise par extrusion-soufflage de polyéthylène haute densité (HDPE), est un candidat intéressant car son poids étant important, il assure à lui seul une bonne fraction du taux pondéral à recycler. Toutefois, à ce jour, aucun projet n'a abouti au soufflage de réservoirs incluant ne fût ce qu'une partie de résine recyclée. En effet, la technique d'extrusion-soufflage n'est applicable qu'à des résines ayant une bonne tenue en fondu et bien homogènes, ce qui n'est généralement pas le cas avec des résines recyclées suite à la dégradation subie par la résine durant la durée de sa vie et/ou sa remise en oeuvre (reprocessing). Généralement, les résines et en particulier, le HDPE, sont stabilisées de manière à limiter leur dégradation durant leur durée de vie en tant qu'objet solide, mais cette stabilisation ne suffit toutefois pas lors de la remise en oeuvre de résines usagées. Il est dès lors connu d'ajouter à ces résines, lors de leur remise en oeuvre, un ou plusieurs stabilisants afin de permettre cette remise en oeuvre et une utilisation postérieure sans dommages. Ainsi, dans le cas du HDPE, il est connu que l'extrusion dégrade fortement les chaînes polymériques et qu'il convient de restabiliser le polymère usagé avant de le remettre en oeuvre (Kartalis et al, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 73,1775-1785 (1999)). Toutefois, une telle restabilisation ne permet généralement pas d'obtenir à la sortie de l'extrudeuse, un produit apte à la mise en oeuvre par soufflage. En effet, la plupart des résines recyclées, même restabilisées, présentent à l'état fondu, un allongement rédhibitoire sous leur propre poids, qui rend la manipulation des paraisons impossible lors du soufflage. La demande EP 1095978 décrit l'extrusion de compositions comprenant du HDPE, au moins un polymère ou oligomère polyfonctionnel ayant une température de transition vitreuse inférieure à 10 C (polysiloxane) et un époxyde polyfonctionnel, dans des conditions impliquant une réduction de Melt Index (MI). Toutefois, l'utilisation spécifique de telles résines pour l'extrusionsoufflage, notamment de réservoirs à essence, n'est pas divulguée. Il est apparu que, de manière surprenante, la mise en oeuvre par extrusionsoufflage d'un HDPE usagé était possible à condition de l'avoir modifié par extrusion en mélange avec un époxyde polyfonctionnel. En outre, la résine ainsi modifiée présente des propriétés mécaniques améliorées par rapport à la résine vierge de base ainsi qu'une meilleure aptitude à l'imperméabilisation par fluoration. La présente invention concerne dès lors un procédé pour la mise en oeuvre par extrusion-soufflage d'un polyéthylène haute densité (HDPE) usagé sous forme particulaire, selon lequel on extrude le HDPE usagé en mélange avec un époxyde polyfonctionnel, et on soumet ensuite l'extrudat à une opération de soufflage. Le HDPE qui peut être mis en oeuvre par le procédé selon la présente invention peut être un homopolymère de l'éthylène ou un copolymère de l'éthylène avec un monomère tel que le propylène, le butène, l'hexène ou l'octène, en une teneur généralement supérieure à 2%, voire 4% et ne dépassant généralement pas 10%, voire 8%. Il s'agit de préférence d'un copolymère de l'éthylène et de l'hexène ayant une teneur en hexène comprise entre 4 et 8%. Cette résine peut par exemple être obtenue en utilisant un catalyseur Phillips ou un catalyseur Ziegler. Les résines de type Phillips sont préférées. La densité de cette résine est généralement supérieure ou égale à 930, de préférence supérieure ou égale à 940, voire à 945 g/kg. Des résines présentant un MI (mesuré à 190 C selon la nonne ISO 113 3) inférieur ou égal à 1 g/10 min sous une charge de 5 kg, et supérieur ou égal à 1 sous une charge de 21.6 kg, donnent de bons résultats. Par résine usagée selon la présente invention, on entend désigner une résine ayant déjà subi au moins une mise en forme par fusion (autre qu'une simple granulation) et ayant eu une durée de vie non négligeable sous cette forme, au cours de laquelle elle a subi des phénomènes de dégradation (et en particulier, d'oxydation) non négligeables. La présente invention convient particulièrement bien pour des résines âgées , ayant été polymérisées et mise en oeuvre des mois, voire des années auparavant (20 à 25 par exemple) et ayant même été utilisées dans un environnement chimique et/ou thermique agressif, tels que les résines constitutives des réservoirs à carburant usagés. Selon la présente invention, le HDPE est sous forme particulaire c. à. d. sous la forme de particules (poudre, granules, fragments...) de manière à pouvoir effectivement être introduit dans l'extrudeuse et fondu. Selon la présente invention, lors du soufflage, l'extrudat peut être utilisé tel quel ou en mélange avec de la résine usagée mais non additivée (c. à. d. n'ayant pas été extrudée en mélange avec un époxyde polyfonctionnel) et/ou avec de la résine "vierge". Par résine"vierge"selon la présente invention, on entend désigner une résine n'ayant subi aucune mise en forme par fusion (à l'exception d'une éventuelle granulation) et n'ayant pas subi de dégradation significative. Selon la présente invention, l'extrudat est avantageusement utilisée en mélange avec de la résine usagée non additivée ou vierge en des proportions pondérales de 60 : 40 à 40 : 60. Des HDPE usagés d'origines différentes peuvent également être utilisés en mélange, et éventuellement également dilués avec de la résine vierge, dans les mêmes proportions que celles décrites ci-dessus. L'époxyde polyfonctionnel selon la présente invention est de préférence du même type que ceux décrits dans les demandes de brevet WO 94/29377, WO 97/30112, WO 00/26286 et EP 1095978. De préférence, cet époxyde est combiné à un phénol encombré et à un phosphite (tel que décrit dans WO 94/29377), à une amine secondaire aromatique (tel que décrit dans WO 97/30112), ou à un polymère ou oligomère polyfonctionnel de température de transition vitreuse inférieure à 10 C (tel que décrit dans EP 1095978). Le choix en tant qu'époxyde, d'un composé comprenant au moins une (de préférence deux) fonction époxy et au moins un (de préférence deux) groupements alkényles (tel que décrit dans WO 00/26286) donne de bons résultats. Le choix d'un mélange à base d'un époxyde polyfonctionnel combiné à un phénol encombré et/ou à un phosphite et/ou à un capteur d'acide donne de particulièrement bons résultats. Un tel mélange est commercialisé par CIBA GEIGY sous la dénomination commerciale Recycloblend OE) 660. Dans le cas de l'utilisation du mélange Recycloblend e 660, on choisira de préférence un pourcentage pondéral du Recycloblend (par rapport à l'ensemble (Recycloblend+HDPE)) d'au moins 0. 1%, de préférence d'au moins 0.3%, voire d'au moins 0.4%, mais ne dépassant pas 1%, de préférence 0.7% voire 0.6%. Une teneur pondérale de 0.5% donne de bons résultats. D'autres additifs peuvent également être incorporés au HDPE lors du procédé de mise en oeuvre selon la présente invention. Ainsi par exemple, on peut y introduire des stabilisants (tels que les phénols et phosphites susmentionnés), du noir de carbone... le tout en des quantités usuelles (de 0 à 5 g/kg typiquement). Dans la présente invention, l'extrusion en mélange avec l'époxyde polyfonctionnel (ou"additivation") se fait de préférence sous des contraintes en cisaillement élevées permettant d'obtenir une réduction significative du MI (mesuré à 190 C selon la norme ISO 1133 et sous une charge adaptée pour obtenir une valeur supérieure ou égale à 1 g/10 min). Par réduction significative du MI, on entend généralement une réduction d'au moins 5%, de préférence d'au moins 10%, voire d'au moins 15% du MI par rapport à sa valeur initiale (avant extrusion). Selon la présente invention, le HDPE peut être extrudé dans une extrudeuse monovis ou double vis. Les extrudeuses double vis sont préférées car elles induisent un taux de cisaillement plus élevé, ce qui permet de fondre la matière plus rapidement. Le profil de la ou des vis de ces extrudeuses sera adapté de manière connue par l'homme de l'art. Ainsi par exemple, des éléments de malaxage seront introduits le plus tôt possible dans les vis. De préférence, ces éléments malaxants sont introduits dès le premier tiers des vis. On peut également, dans le cas des extrudeuse monovis qui sont moins malaxantes, recourir à l'utilisation d'un fourreau rainuré. L'époxyde polyfonctionnel est avantageusement prémélangé à de la résine vierge sous forme de poudre ("fluff') et est alors introduit avec la résine à stabiliser dans l'extrudeuse, par la trémie principale. Les conditions d'extrusion (vitesse de rotation, profil de température...) sont à optimiser en fonction du profil de vis choisi, en tenant compte du couple disponible sur la machine choisie. L'extrudeuse est avantageusement pourvue d'un filtre de dimensions adaptées pour filtrer efficacement le flux de matière fondue, sans trop augmenter la pression. Dans le procédé selon la présente invention, la mise en forme par extrusionsoufflage peut se faire en une seule étape, c. à. d. que le HDPE fondu sortant de l'extrudeuse où il a été additivé est directement mis sous la forme d'une paraison et que celle-ci est alors directement soufflée, en ligne avec l'extrudeuse servant à l'additivation. Alternativement, et de manière préférée, le HDPE est granulé à la sortie de l'extrudeuse où il a été additivé, et il est ultérieurement soumis à une mise en forme par extrusion-soufflage, éventuellement en mélange avec de la résine usagée non additivée et/ou avec de la résine vierge. Les paramètres d'extrusionsoufflage (vitesse de vis, température...) utilisés dans ce cas sont voisins de ceux utilisés pour la résine vierge. De manière préférée, le procédé selon la présente invention est destiné à la fabrication de corps creux destinés à contenir ou à véhiculer du carburant. Selon cette variante de l'invention, le mot carburant désigne aussi bien l'essence que le diesel ou tout autre fuel utilisé dans les moteurs à combustion interne. De préférence, Les corps creux sont des réservoirs ou des tubulures à carburant. Le procédé selon la présente invention s'applique particulièrement bien aux HDPE provenant de réservoirs à carburant usagés, et qui ont déjà été mis en oeuvre par extrusion-soufflage. Selon cette variante de l'invention, on peut mélanger un HDPE provenant d'un réservoir à essence avec un HDPE provenant d'un réservoir à diesel. Les réservoirs à carburant comprennent généralement des éléments métalliques (tels que la cartouche du filtre à essence, la bille du clapet anti-retour, le rotor de la pompe...) qu'il importe de séparer du HDPE avant de soumettre ce dernier au procédé selon cette variante de l'invention. En outre, étant donné que l'extrusion nécessite de disposer de la résine sous une forme divisée, le réservoir est généralement broyé avant de soumettre sa résine constitutive au procédé selon cette variante de l'invention. Il importe également d'éliminer du HDPE, les résidus d'hydrocarbures qui pourraient s'y trouver avant de lui appliquer le procédé selon cette variante de la présente invention. A cette fin, on peut par exemple utiliser une extraction au moyen d'un solvant (n-hexane par exemple) ou de C02 supercritique (pour éliminer les résidus d'hydrocarbures lourds), et/ou un stripping au moyen de vapeur d'eau (pour éliminer les résidus d'hydrocarbures légers). Cette opération se fait de préférence sur la résine broyée, et non sur le squelette du réservoir. Il importe de noter que lorsque cette variante de l'invention s'applique à un procédé industriel de fabrication de réservoirs à essence, ces réservoirs contiennent généralement différentes résines, à savoir : de la résine vierge, de la résine issue de réservoirs usagés additivée, et un mélange de telles résines ayant déjà été mis en oeuvre plusieurs fois. En effet, il est généralement avantageux de ne pas souffler de la résine recyclée pure, mais uniquement dans un pourcentage pondéral correspondant à celui imposé par les normes environnementales et/ou la rentabilité du procédé. En outre, seulement 40% environ d'une paraison soufflée constitue effectivement le réservoir, le reste étant du déchet, qui est également recyclé au soufflage. Il est par ailleurs apparu que, de manière surprenante, lorsqu'on injecte du fluor dans un réservoir incluant de la résine usagée additivée selon la présente invention, le rapport F/C est sensiblement le même en surface et à coeur dans le réservoir. Par conséquent, la présente invention concerne également des réservoirs à essence susceptibles d'êtres obtenus par le procédé décrit précédemment et présentant un rapport F/C sensiblement identique en surface et à coeur dans le réservoir. Ce rapport F/C peut par exemple être mesuré par XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy). Dans ce cas, une mesure normale à la surface (appelée mesure à 0 ) donne le rapport F/C à coeur et une mesure oblique (ou mesure à 60 ) donne le rapport F/C en surface. La présente invention est illustrée de manière non limitative par l'exemple suivant : Exemple On a fabriqué un mélange de résines vierge et recyclée similaire à celui qui serait extrudé-soufflé dans un procédé industriel utilisant comme source primaire (produit dit frais ), 70% de résine vierge et 30% de résine issue de réservoirs usagés et additivée, avec un taux de recyclage lié à la mise en oeuvre de 60% (soit une utilisation de 40% de produit frais et de 60% de produit rebroyé ), par un procédé en plusieurs étapes : 1-Traitement des réservoirs : Des réservoirs à carburant usagés ont subi les étapes suivantes : - déchiquetage sous atmosphère d'eau pour éviter les explosions - démétallisation où les métaux ferromagnétiques sont enlevés par un aimant permanent ; les métaux non ferromagnétiques sont enlevés par un système à champ magnétique induit broyage et essorage pour enlever les poussières - séparation par bain de décantation - lavage à l'hexane chaud pour enlever les hydrocarbures lourds - stripping pour enlever les hydrocarbures légers 2-Additivation : La résine obtenue a l'étape 1 est extrudée avec 0.5% de Recycloblend (V 660 dans une extrudeuse bi-vis co-rotative (BC 45) tournant à 111 RPM et utilisant le profil de vis et de température suivants. ? de Longueur Code de Pas (mm) Longueur Consigne de l'élément cumulée l'élément (mm) température (mm) (OC) Zl 100 A : 50/100 50.0 100 180 200 A : 50/100 50.0 100 Z2 300 B : 33/100 33.3 100 190 400 B : 33/100 33.3 100 Z3 500 C : 25/100 25.0 100 210 600 E : 14/100 14.3 100 Z4 675 61/KB 90/6/75 0.0 75 210 700 G-50/25-50. 0 25 800 C : 25/100 25.0 100 Z5 900 C : 25/100 25.0 100 200 1000 C : 25/100 25.0 100 Z6 1100 C : 25/100 25.0 100 200 1200 C : 25/100 25.0 100 Z7 1300 D : 25/100 16.7 100 200 1400 D : 25/100 16.7 100 Filtre 185 Filière 200 Le MI (190 C, 21. 6 kg) de la résine était de 6. 4 g/10 min avant cette extrusion et de 5. 6 g/10 min après, soit une réduction de 13%. 3-Préparation du produit frais : On a mélangé 70 % de résine vierge (Eltex RSB 174) avec 30% de résine recyclée obtenue à l'étape 2. 4-Préparation du produit rebroyé : Le produit frais préparé à l'étape 3 a été soufflé dans les conditions standards sur une machine d'extrusion-soufflage de type BAT 1000. Les réservoirs sont produits en extrusion continue dans les conditions suivantes : tête : BKC 400 ; filière 500mm ; moule : X74. Ces réservoirs ont été rebroyés et resoufflés 3 fois. 5-Fabrication des réservoirs pour évaluation : 40 % du produit frais (étape 3) a été mélangé à 60% du produit rebroyé (étape 4). Le mélange a été soufflé dans les mêmes conditions que celles de l'étape 4. A la fin du soufflage, du fluor a été injecté dans le réservoir. De l'Eltex RSB 714 additionné d'antioxydant N0060 a également été extrudé et soufflé comme à l'étape 4. Enfin, un produit recyclé ayant subit l'étape 1,2 et 3 mais n'ayant pas été réadditivé avec du Recycloblend e 660 à l'étape 2 mais avec un antioxydant classique (Irganox OE) B225) à 0.2 % a également été extrudé et soufflé comme à l'étape 4. 6-Evaluation des résultats. Mesures XPS. Afin de déterminer l'effet de la fluoration sur la surface interne des réservoirs, une étude XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) a été effectuée. Un XSAM800 (Kratos) X-ray Spectromètre a été utilisé en mode : Fix Analyser Transmission avec une énergie de passage de 10 eV et une radiation X MgK non monochromatisée (hy = 1253.7 eV). Les paramètres d'utilisation étaient 13kV et 10mA. Les analyses ont été effectuées dans une chambre maintenue sous ultra haut vide (UHV) de 10-7 Pa. Les résultats ont été analysés via un algorithme utilisant les moindres carrés dans un mode mixte Gaussian et Lorentsian. Le rapport atomique F/C a été mesuré sur les 3 échantillons. Une mesure a été effectuée perpendiculairement à la surface (normal : 0 ) et en oblique par rapport à la surface (angle de 60 ). La mesure normale (0 ) donne une idée de la concentration"bulk" (dans la masse) ; la mesure à 60 est une indication de la concentration en surface. Plus le rapport F/C est élevé, plus il y a du Fluor lié chimiquement au Carbone : un rapport de 2 indique que l'on est en présence de groupes-CF-. Angle de la mesure 100% résine Vierge recyclé + Vierge recyclé + vierge Recycloblend &commat;660 antioxydant standard 0 (Bulk) 1. 77 1. 86 1. 70 60 (Surface) 1. 88 1. 865 1. 75 En ce qui concerne la concentration en Fluor (bulk), l'échantillon recyclé avec du Recycloblend @ 660 possède la plus forte concentration en Fluor. De plus cette concentration semble être constante en fonction de l'épaisseur. La couche de fluor semble être la plus constante. En ce qui concerne la concentration en Fluor de la résine vierge, celle-ci semble être globalement plus faible mais légèrement plus élevée en surface. Il y a donc un peu plus de Fluor en surface mais cette teneur diminue rapidement avec la profondeur (couche moins profonde). En ce qui concerne la résine recyclée ne contenant que de l'antioxydant, celle-ci possède une concentration plus faible tant en surface qu'en profondeur. Mesure des propriétés des réservoirs. Différents tests ont été faits sur les réservoirs. Dans le"burst test", la pression à l'intérieur du réservoir est augmentée régulièrement jusqu'à rupture de celui-ci. Dans le test de chute, un réservoir rempli d'éthylène glycol froid (-40 C) est lâché d'une hauteur de plus en plus grande jusqu'à rupture du réservoir. Pour la perméabilité, la perte en poids observée durant 24 heures d'un cycle de température diume/noctume (après 24 semaines). Propriété 100% résine Vierge recyclé + Vierge recyclé vierge Recycloblend (8) 660 + antioxydant Pression de rupture (Bar) 2.6 2.6 3.1 Hauteur de chute (m) 5 6 5 Perméabilité (g/CARB) 0. 19 0. 13 0. 20 Pour tous les tests, la résine recyclée contenant le Recycloblend @ est meilleure que la résine vierge et est meilleure que la résine recyclée contenant l'antioxydant standard. Mesure de propriétés rhéologiques des résines. Afin de comparer les propriétés rhéologiques des résines, la viscosité à 190 et à la contrainte de 1 sec-l a été mesurée sur une filière 0. 3/1. Dans ce type de filière, l'écoulement a essentiellement une composante élongationnelle. Les viscosités ont été mesurées sur les résines de départ, après les 3 cycles de soufflage/broyage et après mélange avec la résine fraîche . Le résultat des mesures rhéologiques est représente à la figure 1, où la courbe supérieure est relative à résine additivée de Recycloblend OE) 660 et où la courbe inférieure est relative à la résine additivée d'Irganox e B225. Les points de ces courbes se rapportent dans l'ordre au produit"frais", au produit"frais"mis en oeuvre et rebroyé 1 fois, 2 fois et 3 fois, ainsi qu'au mélange final 40/60 (produit "frais"/produit rebroyé). L'ordonné de ces courbes est la viscosité mesurée dans les conditions décrites ci-dessus. Au cours du cycle soufflage broyage, on peut constater que la viscosité diminue progressivement. Lorsque ce produit est mélangé avec le produit frais additivé avec le Recycloblend @ 660 on observe une remontée des propriétés rhéologiques (viscosité) et l'on peut donc réparer l'oxydation qu'a subit le produit. Cette amélioration du comportement ne s'observe pas lorsque l'additif utilisé est un simple antioxydant. REVENDICATIONS 1-Procédé pour la mise en oeuvre par extrusion-soufflage d'un polyéthylène haute densité (HDPE) usagé sous forme particulaire, selon lequel on extrude le HDPE usagé en mélange avec un époxyde polyfonctionnel, et on soumet ensuite l'extrudat à une opération de soufflage. 2-Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'extrudat est dilué avec du HDPE usagé non additivé et/ou du HDPE vierge. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'époxyde polyfonctionnel est combiné à un phénol encombré et/ou à un phosphite et/ou à un capteur d'acide. 4-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extrusion se fait sous des contraintes de cisaillement élevées permettant d'obtenir une réduction du Melt Index du HDPE (mesuré à 190 C selon la norme ISO 1133 et sous une charge adaptée pour obtenir une valeur supérieure ou égale à 1 gl10 min) d'au moins 5% par rapport à sa valeur avant extrusion. 5-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'extrusion se fait dans une extrudeuse double vis équipée d'éléments malaxants disposés dès le premier tiers des vis. 6-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la fabrication de corps creux destinés à contenir ou à véhiculer du carburant. 7-Procédé selon la revendication précédente, pour la fabrication de réservoirs et de tubulures à carburant. 8-Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le HDPE usagé provient de réservoirs ou de tubulures à carburant usagés. 9-Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le HDPE usagé a subi une extraction au moyen d'un solvant ou de C02 supercritique et/ou un stripping au moyen de vapeur d'eau avant l'extrusion. 10-Réservoir à carburant susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il présente un rapport F/C sensiblement identique en surface et à coeur.