Brevet FR2831173A1 — publié le 20030425

NOUVEAU PRODUIT COMPOSITE A BASE DE DECHETS DE MATIERES PLASTIQUES, SON PROCEDE DE PRODUCTION ET SES APPLICATIONS La présente invention se rapporte au domaine de la chimie et plus particulièrement à celui des matières plastiques. Elle a plus précisément pour objet des matières composites à base de déchets de matières plastiques, agglomérées par un agent liant, durcies par addition d'un durcisseur et contenant éventuellement des charges et susceptible d'être moulées pour conférer une forme utilisable. L'invention concerne spécifiquement un matériau composite susceptible d'être moulé, destiné à être utilisé notamment comme matériau pour du mobilier urbain caractérisé en ce qu'il est formé de déchets de matière plastique et notamment de phenoplastes, d'un agent liant conférant de l'élasticité, d'un durcisseur et d'un produit de charge minéral. Le matériau composite selon l'invention peut en outre contenir un ou plusieurs agents colorants ou des pigments qui confèrent à la masse après moulage, une teinte uniforme ou des plages de couleurs ou d'aspects différents. Pour la réalisation du matériau selon l'invention ou broie conjointement des déchets de matières plastiques comme par exemple des phénoplastes, on y incorpore des déchets et des charges et on re-agglomère la poudre ainsi obtenue avec des agents liants à base de résines choisies parmi les polyesters les résines époxy, les polyuréthanes et les colles mono-composant et on soumet la poudre au moulage dans un moule de forme appropriée. Les matériaux composites peuvent contenir en outre un promoteur de polymérisation comme par exemple un peracide, un persel ou un peroxyde que l'on mélange à la masse. Le matériau composite selon l'invention contient notamment des charges minérales qui peuvent être du graphite, du mica, du noir de fumée, de la poussière de granit, des pouzzolanes, de la basalte, des granulats de silicates lamellaires, des fibres de carbone, des fibres de verre ou du sable de silice. On obtient avant moulage un matériau composite imputrescible, très peu inflammable et de toute façon auto-extinctible, présentant une très bonne résilience et une très bonne résistance aux UV. Le matériau composite selon l'invention, est destiné à être moulé par compactage dans un moule qui lui donne la forme. Aux fins de commercialisation, on pourra incorporer à la masse composite avant moulage, un fer à béton, des anneaux de chaîne, un socle ou une platine horizontale qui facilitent la manutention, le stockage ou l'utilisation. Le matériau moulé ainsi obtenu se caractérise par une grande souplesse, par une grande légèreté, une grande inaltérabilité aux gaz et aux variations thermiques, par une insensibilité aux phénomènes atmosphériques, à la pollution chimique ou à la pollution liée à la présence d'ozone et en outre parce qu'il permet la pose de plots par emboîtement. La principale caractéristique du matériau composite selon l'invention réside dans le fait qu'il est constitué de déchets de matières plastiques et essentiellement de phénoplastes provenant de résidus d'articles de cuisine tels que queues de poêle, poignées de casserole, boutons ou manettes d'appareils ménagers, carottes d'injection... Tous ces déchets qui sont sans cette utilisation, complètement inutilisés, trouvent ainsi, un emploi qui les valorise sensiblement après broyage. Ils sont mélangés éventuellement à des déchets de caoutchouc provenant de pneus usagés, que l'on découpe ou déchiquète en petits dés et que l'on incorpore à la masse. On peut encore y ajouter des déchets ou des lots industriels défectueux, de matériaux en polyéthylène ou en polypropylène ou en polystyrène. Les matériaux composites selon l'invention contribuent à résoudre un problème contemporain jusqu'ici difficilement soluble, qui consiste à résoudre le problème de la récupération des matières plastiques usagées. L'utilisation croissante de tels matériaux dans l'industrie automobile (tableau de bord, pare-chocs, capots, ailes) ou dans les produits électroménagers (portes de réfrigérateurs, couvercles, récipients, tasses), pose un problème sérieux. Il en est de même du recyclage des pneus usagés qui avaient recours jusqu'à une époque récente au rechapage. A 1 tD l'heure actuelle, les fabricants de pneumatiques préfèrent avoir recours au déchiquetage des pneus et offrent à la vente des fragments de caoutchouc plus ou moins réguliers destinés à être incorporés dans d'autres caoutchoucs ou dans des articles en matière plastique avant thermoformage. C'est le cas par exemple des paillassons constitués de matière plastique et de caoutchouc recyclé. Jusqu'ici, les phénoplastes n'avaient pratiquement pas trouvé de possibilité de re-utilisation, et leur valeur résiduelle était très faible. L'autre problème que la présente invention vise à résoudre est celui de l'agent liant qu'il convient d'incorporer dans le matériau composite. Un premier essai avait déjà été réalisé, en utilisant du caoutchouc récupéré avec du ciment comme agent liant. L'inconvénient d'un tel matériau, réside dans son poids qui est de 2 à 3 fois, plus élevé, que celui du matériau composite selon l'invention. Il s'agit en ce qui concerne le matériau composite, selon l'invention d'une résine qui après thermoformage donne naissance à un matériau d'une souplesse importante mais suffisamment rigide pour supporter les chocs. La proportion d'agent liant destiné à être incorporée, varie de 0,5 à 10 % selon la nature du mélange de base. Le matériau composite selon l'invention est donc constitué d'un mélange formé de 1 à 20 % en poids de résine thermoplastique broyée, de 0 à 40 % en poids de caoutchouc recyclé, de 1 à 15 % en poids d'un ou plusieurs agents liants choisis dans le groupe des résines polyester, époxy ou polyuréthane et de 40 à 90 % en poids de matière de charge minérale, additionnée éventuellement d'un durcisseur, d'un accélérateur et/ou d'un promoteur de polymérisation, et d'un produit colorant. D'une manière générale les matériaux composites selon l'invention, présentent un poids spécifique (g/cm), variant de 1,3 à 1,65 et de préférence, égal à 1,4 environ. Selon une modalité particulière de l'invention une composition du matériau composite sera formée de : 10 à 15 % en poids de résine thermoplastique broyée. 0 à 40 % de caoutchouc recyclé 25 à 35 % d'agent liant 40 à 60 % de charge minérale et de 1 à 3 % d'adjuvants ou d'additifs facilitant le moulage ou le démoulage des matériaux ZD composites, la coloration ou la pigmentation de la masse. Selon une autre modalité particulière, de l'invention, une composition préférée du matériau composite sera formée : de 60 à 65 % de résine thermoplastique broyée de 10 à 40 % de caoutchouc recyclé de 32 à 38 % d'agent liant de 40 à 50 % de charge minérale de 1 à 10 % d'adjuvants ou d'additifs Le matériau composite préféré présente les caractéristiques mécaniques et thermiques suivantes : - charge minérale (sable de silice) - poids spécifique en g/cm3 1, 3 à 1,4 - résistance à la compression en MPa 10-15 - module d'élasticité à la flexion en N/mm2 60. 000 N/mm2 - résilience de barreau en KJ/m2 4 à 8 daf/cm2 - dureté à la bille en N/mm 70 à 90 - coefficient de dilatation linéaire 17 à 25 - conductibilité thermique en W/mK 0,3-0, 4 - température maximale d'utilisation sous contrainte pendant 2000 heures en C (120 à 160 C) - inflammabilité en classe UL 94 à 1 à 1,60 tout en ayant un coefficient de dilatation linéaire, compris entre 15 et 50. - résistance à la traction par fendage 1,8 à 2,0 MPa - résistivité9xl0à9xlO' Qm (1,9) Les différences de propriétés électriques dépendent de la nature de la charge. Les matières composites chargées avec du graphite en particulier procurent une bonne résistance aux produits chimiques et notamment au kérosène, à l'essence et aux huiles minérales. Les matières composites chargées avec de la poudrette de caoutchouc, issue de pneus usés améliorent la résistance et réduisent la densité. L'addition aux matières composites selon l'invention de sciure de bois réduit la densité et réduit la dureté. L'addition de matières minérales comme la silice augmente la densité et augmente la dureté. L'absorption d'eau est très faible, de l'ordre de 0,1 %. Le matériau composite selon l'invention constitue un très bon isolant thermique, électrique et phonique. Il est auto-extinctible. On peut varier ses qualités mécaniques dans le sens d'une amélioration des performances en variant la nature ou la qualité de l'agent liant. C'est ainsi que si on cherche un degré de résilience plus élevé, on peut avoir intérêt à incorporer dans l'agent ou à utiliser exclusivement comme agent liant, un élastomère. Les matériaux composites selon l'invention peuvent être usinés comme du bois lorsqu'ils sont re-agglomérés, notamment sciés, poncés, percés ou peints. Il est possible également au cours du formage par moulage de disposer dans la masse, une canne ou un fer à béton ou un anneau avec une chaîne tenue par une vis taraudée ou de disposer à la base du produit formé, un socle ou une platine pour assurer l'équilibre du produit résultant du moulage, ou sa fixation au sol. Le temps de formage de la masse varie selon le degré de tassement du mélange, de 4 à 12 heures. Un mélange peu tassé durcira en quelques heures avec un net échauffement. Un mélange sensiblement plus tassé s'échauffera moins au cours de la polymérisation de telle sorte que le durcissement prendra un temps nettement plus long. Il est possible d'accélérer le temps de polymérisation par addition d'un sel métallique ou d'une amine tertiaire au matériau composite. Le produit de charge minéral à incorporer peut présenter des granulométries très variable allant de la poudre grossière (granit, pouzzolane) à des poudres très fines (quartz, feldspath, silicates ZD métalliques colorés, mica, laine de roche). On peut donc conférer au matériau composite un coloris, un aspect, une rugosité ou un toucher très différent selon les usages envisagés. Le matériau composite selon l'invention peut en outre être enrobé ou enduit d'une coquille de façon à procurer une forme esthétique à l'ensemble en faisant des imitations de pavés, de formes ou servir de moule. De préférence le matériau composite selon l'invention est moulé dans des moules ou des coquilles en forme de bornes, de balisette, de pavé, de pion, d'ogive, de tour, de tonnelet ou de sphère. Les objets ainsi obtenus possèdent un poids qui varie de 4 à 50 Kg selon les dimensions. Le diamètre de base peut varier de 80 à 400 mm, la hauteur peut varier de 185 à 1200 mm. La longueur et la largeur pour les produits moulés oblongs peuvent atteindre 400 mm. Les produits moulés peuvent être brillants ou mats, incolores ou colorés, présenter un aspect de granit multicolore ou pailleté avec du mica. Ils peuvent être également colorés dans la masse en incorporant un ou plusieurs oxydes métalliques comme des oxydes de fer, des oxydes de manganèse ou des argiles ferrugineuses. Les matériaux composites selon l'invention trouvent un emploi pour la réalisation de bordures emboîtables, souples, de plaques pleines pour le passage de roues ou pour des entourages d'arbres, des panneaux isolants ou absorbants, pour la réalisation de mobilier urbain, de dalles de terrasse avec possibilité de récupération de l'eau et de protections dans les aires de jeu ou de détente. Les exemples concrets suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter. Le liant utilisé de préférence est un"thermodur"formé d'une résine bi-composant phénol-formol alcalin à base de résol phénolique alcalin. Le durcisseur est formé d'esters aliphatiques. La matière de base utilisée de préférence est formée : de phénoplastes provenant de carottes d'injection et de pièces de rebut, - aminoplastes et de résines urée-formol. Une composition typique de matière composite selon l'invention est formée de : - déchets de phénoplastes : 60 à 65 % - résine résol phénolique alcaline : 32 à 28 % durcisseur à base d'ester aliphatique : 7 à 8 % On obtient ainsi des matériaux composites à structure ouverte (matériau drainant) ou à structure fermée notamment pour le matériel urbain. Les matériaux à structure ouverte sont produits au départ de granulats de calibre variant de 1 à 5 ou 8 mm (80 à 90 %) et d'agent liant (10 à 20 %). Les matériaux composites à structure fermée sont obtenus avec une quantité plus importante d'agent liant et de charge de granulométrie adaptée. Une formulation type d'un tel matériau composite peut être - charge 60 à 80 % - agent liant 20 à 40 % Les charges peuvent varier en fonction de l'état de surface à obtenir. Lorsqu'on veut obtenir un état de surface plus fin, on utilise évidemment des charges de granulométrie plus fines. Les charges peuvent varier de la manière suivante : - granulats calibre 1 mm à 5-8 mm 0 à 80 % poudres calibre 0 à 1 mm 100 à 20 % Parmi les charges autres que les matériaux composites selon l'invention on peut ajouter : des caoutchoucs ou des élastomères usagés (déchets de pneus, meulures de semelles de chaussures...) pour améliorer la résistance, - des produits minéraux, de la sciure de bois, des coquilles ou des noyaux de fruits broyés pour faciliter l'usinage ou réduire la densité ou augmenter la dureté des produits fabriqués, - des fibres métalliques, des articles textiles, de la poudre de verre pour améliorer la résistance à la flexion. Les matériaux composites obtenus présentent un temps de polymérisation qui peut varier et surtout qui peut être réglé en fonction des besoins, allant de 3 minutes à plusieurs heures. En conclusion, les matériaux composites selon l'invention se définissent par un faible coût, - une grande fluidité, - la facilité de mélange du durcisseur au produit, - la possibilité de nettoyer les outils de fabrication à l'eau, - la très bonne tenue au feu, par l'absence pratiquement complète d'odeur. Les matériaux composites selon l'invention sont destinés à remplacer le béton dans toutes les applications avec la différence que les produits ainsi préparés sont 2 à 3 fois plus légers pour des caractéristiques mécaniques au moins semblables si ce n'est supérieure. C'est ainsi qu'on pourra préparer des dalles en déchets de matières plastiques agglomérées par un agent liant choisi parmi les résines acryliques, le polyuréthane ou un prepolymère de polyuréthane et des granulats de matière minérale calibrées en fonction de l'utilisation. Les dalles ainsi obtenus présentent les dimensions suivantes : largeur de 1 à 200 cm, longueur de 1 à 200 cm et épaisseur de 0,5 cm à 10 cm. REVENDICATIONS 1. Matériau composite apte à être moulé caractérisé en ce qu'il est formé d'un déchet de matière plastique, d'une résine de liaison et d'un durcisseur. 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déchets de matières plastiques sont choisis parmi les phénoplastes provenant de carottes d'injection et de pièces de rebut, les aminoplastes et les résines urées-formol. 3. Matériau composite selon la revendication 1 dans lequel l'agent liant est une résine choisie parmi les polyesters, les résines epoxy, les polyuréthanes et les colles mono- composant. 4. Matériau composite selon la revendication 1 et la revendication 2, dans lequel la résine de liaison est un resol phénolique alcalin. 5. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le durcisseur est un ester aliphatique. 6. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il contient en outre des fragments de caoutchouc industriel. 7. Matériau composite selon la revendication 6, dans lequel les fragments de caoutchouc industriel sont de la poudrette issue de la récupération de pneus broyés. 8. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel on incorpore en outre un matériau de charge inerte. 9. Matériau composite selon la revendication 8, dans lequel le matériau de charge est choisi parmi le graphite, le mica, le noir de fumée, la poussière de granit, le pouzzolane, le ZD basalte, les silicates lamellaires, les fibres de carbone, les fibres de verre, les sables de silice et la sciure de bois. 10. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de 50 à 75 % de déchets de phénoplastes, de 20 à 40 % de résine liante du type resol phénolique alcalin et de 6 à 10 % d'un durcisseur. 11. Matériau composite selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il contient de 60 à 65 % de déchets en phénoplastes, de 28 à 32 % de résine résol alcalin et 7 à 8 % de durcisseur sous forme d'ester aliphatique. 12. Matériau composite selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il contient en outre de 0 à 40 % de fragments de caoutchouc industriel. 13. Matériau composite selon la revendication 10, 11 et/ou 12 caractérisé en ce qu'il contient de 45 à 90 % de substances de charge. 14. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient en outre un promoteur de polymérisation choisi parmi les peracides, les persels et les peroxydes. 15. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est mis en forme par polymérisation et moulage dans des moules ou des coquilles pour obtenir des objets moulés plans, cylindriques ou sphériques. 16. Produits moulés, à base de matériau composite, selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils sont colorés dans la masse ou rendus brillants ou pailletés par adjonction de particules inertes, granitées ou micacées. 17. Utilisation des matériaux composites selon la revendication 1 pour la réalisation de bordures ou de plaques pour le passage de roues ou pour des entourages d'arbre. 18. Utilisation des matériaux composites selon la revendication 1 pour la réalisation de mobilier urbain après moulage. 19. Utilisation des matériaux composites selon la revendication 1 pour la réalisation de panneaux ou de dallages isolants ou absorbants, pour la réalisation de dalles de terrasse ou d'aires de récréation.