Brevet FR2946896A1 — publié le 20101224

Réacteur multiphase à micro auto-explosion L'invention concerne une machine composée d'un cylindre ou fourreau à plusieurs éléments dans lesquels des vis rotatives, constituées de plusieurs pièces, sont montées. La machine est composée d'un, deux ou plusieurs compartiments (1, 2, 3, 4, 5, g- 6....) installés en chaîne les uns à la suite des autres où les réactions multiphases s'effectuent en cascade. Les compartiments sont séparés par des écluses qui ont des formes et des rainures spécifiques. A la sortie de chaque écluse, une micro - expansion instantanée ou une micro 10 auto-explosion a lieu à l'intérieur des matériaux introduits. Suite aux traitements successifs, en passant dans les compartiments multiphases, les matériaux introduits sont transformés en particules ou en grains plus ou moins ronds de taille microscopique. Ces grains sont séparés ou restent collés à la masse d'origine. Physiquement, le ces grains, de la taille du micron ou nano mètre, ressemblent aux grains ronds d'un fruit de grenade. Ces nouvelles particules composées des petits grains, et/ ou de grains individuels, présentent des caractéristiques physique et chimique différentes du matériau d'origine, comme les matériaux traités par les moyens de nanotechnologie. D Par exemple, des polymères incompatibles à l'origine deviennent compatibles, montrent une aptitude à l'auto-adhésion et se coagulent, même sans liants, sous forme moulée. Les matériaux ainsi traités et transformés par la machine peuvent être des morceaux, des granules, des particules solides de matières organiques ou Ç inorganiques, des minéraux, des polymères ou des composites tels que des métaux, des céramiques, des ciments, des gypses, des céréales, des graines de plante, du bois, des plastiques, des caoutchoucs... Les appareils ou machines utilisés dans le domaine relatif à l'invention sont des machines qui mettent en oeuvre la granulation, le broyage, la micronisation, la pulvérisation de matières solides en poudre, la dévulcanisation des caoutchoucs par un mécanisme d'extrusion à bi-vis ou à mono-vis. Le réacteur de l'invention est un mécanisme au concept nouveau, d'une configuration nouvelle par rapport aux machines ou appareils déjà brevetés. De plus, il permet d'obtenir un phénomène novateur et efficace de micro - craquage par micro auto-explosion. Les figures annexes illustrent l'invention : La figure 1 représente un plan du réacteur. La figure 2 représente une photo du micro-craquage en grains des particules traitées. 40 La machine ou l'appareil et son procédé, sont comme suit : Selon la fig. 1, à l'extérieur, un fourreau ou cylindre et, à l'intérieur, une (ou deux) vis rotative(s) sans fin, conique ou droite, sont montés. Le corps, fourreau et vis, est divisé en plusieurs compartiments, grâce aux écluses 7 selon la fig. 1. e- Le fourreau, la vis (ou deux vis) et les écluses sont de taille variable, de formes diverses et ont rainures extérieures spécifiques. La matière de construction est en acier, fonte, céramique... La vitesse de rotation de la vis (ou des deux vis) varie de 10 à 500 tours par minute. .20 Le taux de compression varie de 2 à 20 fois. La température le long de la vis (ou des deux vis) et le corps varie de 10 à 250°C. Des dispositifs de chauffage et refroidissement sont installés dans le fourreau et/ ou au niveau de la vis (ou des deux vis). . Des liquides de refroidissement sont utilisables dans des canaux de refroidissement. Le corps, fourreau et vis (ou deux vis), est séparé par des écluses constituant ainsi plusieurs compartiments 1, 2, 3, 4, 5, 6... Les surfaces de l'intérieur du fourreau, de l'extérieur de la vis (ou des deux 3b vis) et de l'extérieur des écluses sont lisses et/ ou rugueuses. Les surfaces de l'intérieur du fourreau, de l'extérieur de la vis (ou des deux vis), de l'extérieur des écluses sont traitées afin d'en augmenter la résistance thermique et/ ou l'anti-abrasion. L'espace entre l'intérieur du fourreau/cylindre et l'extérieur de l'écluse varie s-- de 10 à 500 microns. Le taux de cisaillement varie de 100 à 20 000 sec-1. Avec ou sans additifs activateurs, dans chaque compartiment réactif, une série de traitement a lieu : compression, cisaillement et micro auto-explosion. Dans chaque compartiment, des traitements successifs sont appliqués : i'O compression/cisaillement lente et progressive par la vis (ou deux vis) rotative, compression/cisaillement rapide et accélérée au niveau des écluse, compression/cisaillement extrême dans la fente entre le fourreau et l'écluse et finalement, la micro auto - explosion instantanée et brutale à la sortie de l'écluse. En fonction du nombre de compartiments, les matériaux solides introduits (Ç dans le réacteur, sous forme de granules ou en masse, subissent plusieurs fois les traitements de compression, cisaillement et micro auto-explosion au cours d'un seul passage et ceci jusqu'à la sortie du réacteur : des traitements multiphases, physiques et chimiques, sont appliqués à plusieurs reprises, en passant dans les différents compartiments du même réacteur. .20 Cette série de traitements dans chaque compartiment provoque des réactions multiphases sur les matériaux introduits et un micro-craquage à l'intérieur de la masse. Ces réactions ont pour résultat une modification structurelle et énergétique, elle a lieu à l'intérieur des granules ou des masse solides introduites. Ainsi, suite au passage dans les écluses, après avoir subi une micro auto-explosion plusieurs fois, les matériaux se transforment en des matériaux nouveaux, des grains de la taille du micron et nano mètre aux propriétés physique, chimique et énergétique nouvelles. Par exemple, des polymères incompatibles à l'origine deviennent compatibles, montrent une aptitude à l'auto-adhésion et se coagulent, 30 même sans liants, sous forme moulée. Ces particules et/ ou ces grains de la taille du micron et nano mètre montrent une propriété de coagulation omnipotente avec toutes sortes de matières. Les conditions mécanique et thermique appliquées dans chaque compartiment sont différentes suivant l'art technique : variations de température, du taux de compression, du taux de cisaillement, de la surface du fourreau et de la vis (ou deux vis), des rainures du fourreau/cylindre, de la vis (ou deux vis) et des écluses, largeur des fentes, etc... Un exemple du résultat de traitement est comme suit : Les granules solides en caoutchouc, d'une taille de 3 mm, sont traités dans le la réacteur de l'invention. La photo du MEB (Microscope Electronique à Balayage), selon la fig. 2, montre que le micro-craquage a bien eu lieu : les grains fins 1 et plus ou moins ronds 2 ainsi obtenus, de la taille du micron et nano mètre, restent attachés ou sont séparés de la masse d'origine. REVENDICATIONS1. Appareil ou machine avec un système de vis rotative, conique ou droite, et cylindre/ fourreau, du type extrudeuse à mono-vis ou à bi-vis - avec plusieurs compartiments/ segments/ sections/ portions, en chaîne dans le même corps. .' - avec des compartiments séparés par des écluses qui permettent une compression jusqu'à 20 fois, et un cisaillement extrême jusqu'à 20.000 sec-1 - avec un espace entre le fourreau/cylindre et l'écluse, mesurant de 10 à 500 micron mètres. 2) Appareil ou machine selon la revendication 1, dont les surfaces extérieures de vis '/D et celles des écluses et les surfaces intérieures du fourreau/ cylindre sont lisses ou rugueuses: - dont les surfaces sont traitées pour augmenter la résistance ou l'absorption thermique - dont les surfaces sont traitées pour améliorer l'anti-abrasion et la dureté 15 3) Procédé de traitement des matériaux qui met en oeuvre un appareil ou machine selon la revendication 2, dont - la température de traitement sur les matériaux/granules/ particules introduits varie de 10°C à 250 °C - le nombre de tours de vis varie de 10 à 500 par minute .20 4) Procédé selon la revendication 3, qui est employé dans le domaine de la nanotechnologie afin de fabriquer des particules fines de la taille du micron et nano mètre. 5) Procédé selon la revendication 3, suivant lequel le traitement en cascade de compression, cisaillement et auto- explosion/expansion brutale a lieu en passant par 25 plusieurs compartiments. 6) Procédé selon la revendication 5, par lequel le micro-craquage des matériaux solides est réalisé, avec des particules à surface graineuse ou avec des grains plus ou moins ronds, collés ou individuels, de la taille du micron et nano mètre, tels que représentées sur la photo MEB à l'échelle de 20 micron mètre dans la fig. 2.