Brevet FR3010085A1 — publié le 20150306

- 1 - Procédé pour précipiter une matière plastique en solution dans un solvant La présente invention concerne un procédé pour précipiter une matière plastique en solution dans un solvant par injection d'un non solvant sous la forme d'un gaz. Les matières plastiques sont abondamment utilisées sous des formes diverses, principalement à l'état solide, pour la fabrication d'articles variés, souples ou rigides, tels que par exemple des bâches, des tissus enduits et autres éléments pour l'habillage intérieur de véhicules, des tuyaux, des blisters (emballages pharmaceutiques), des châssis de fenêtres ou des câbles électriques à isolation polymérique. Toutefois, il arrive souvent qu'à un moment donné de leur existence, ils soient en solution dans un solvant dont il faut alors les extraire. Ainsi, on est confronté à des solutions de polymère à la fin de certains procédés de polymérisation (dits "en solution"), au cours de certains procédés de recyclage, lors du nettoyage de certaines installations de fabrication d'objets ou de peintures à base de polymères... Ainsi, différents procédés de recyclage de matières plastiques basés sur une dissolution au moyen de solvants organiques ont été proposés. La demande de brevet EP 945481 au nom de la demanderesse propose par exemple un procédé de recyclage d'un article à base d'au moins un polymère du chlorure de vinyle, selon lequel : (a) l'article est déchiqueté en fragments d'une dimension moyenne de 1 cm à 50 cm au cas où il excéderait ces dimensions ; (b) les fragments d'article, secs, sont mis en contact avec un solvant capable de dissoudre le polymère, substantiellement anhydre, formant avec l'eau un azéotrope (MEK de préférence); (c) on provoque la précipitation du polymère dissous dans le solvant par injection de vapeur d'eau dans la solution ainsi obtenue, ce qui provoque en outre l'entraînement de l'azéotrope solvant-eau et laisse ainsi subsister un mélange essentiellement constitué d'eau et de particules solides de polymère; (d) on recueille les particules de polymère. Un tel procédé comprend généralement également au moins une des étapes suivantes : al : les fragments d'articles sont alimentés d'un silo de stockage vers un - 2 - dissolveur bl : la solution de polymère est alimentée du dissolveur vers un filtre primaire séparant les insolubles de grande taille (typiquement des renforts ou accessoires ayant au moins une dimension > 150 um) de la solution de polymère b2 : les insolubles sont de préférence traités pour en ôter les traces de polymère et de solvant résiduaire, ce qui peut se faire par stripping à la vapeur b3 : la solution de polymère est envoyée vers un précipiteur moyennant passage préalable dans un décanteur centrifuge pour en ôter les insolubles de plus petite taille cl : les particules de polymère issues du précipiteur sont séparées de l'eau et amenées vers un sécheur à l'aide d'une pompe. Selon le type d'insolubles contenu dans l'article à recycler, il peut être intéressant d'opérer les étapes b, bl, b2 et b3 dans un même réacteur, qui est alors un dissolveur-filtre. La demande EP 2276801 au nom de la demanderesse décrit un procédé utilisant un tel appareil. Dans les demandes EP susmentionnées, la précipitation de la matière plastique se fait par injection de vapeur d'eau dans la solution. Afin que ladite vapeur soit finement dispersée dans la solution (sous forme de fines bulles), et ce faisant, d'obtenir une précipitation optimale, la demanderesse a eu l'idée d'utiliser ce que l'on appelle un « sparger » ou disperseur, dispositif couramment utilisé dans l'industrie pour disperser un gaz dans un liquide. Il s'agit généralement d'un canal tubulaire éventuellement sous forme annulaire ou torique qui est soit poreux, soit muni d'orifices. Il a pour but de fragmenter (diviser) un flux de gaz en des bulles de petite taille. Toutefois, la demanderesse a constaté que ce type de dispositif avait tendance à se boucher rapidement vraisemblablement suite à l'entrée de solution dans les pores ou les orifices du dispositif pendant les périodes où il est en contact avec de la solution sans que de la vapeur n'y soit injectée. En effet, le procédé décrit ci-dessus fonctionne généralement en boucle, en batchs successifs où le solvant utilisé est recyclé. Dès lors, au cours de chaque batch, la solution est d'abord fabriquée par dissolution de la matière plastique puis seulement soumise à précipitation généralement dans un « réacteur » appelé précipiteur où elle est généralement transférée après passage à travers un filtre. L'injection de vapeur à travers le disperseur se fait donc lorsque le dispositif est déjà en contact (noyé dans en fait) la solution. Par conséquent, la présente invention vise à fournir un procédé ne présentant - 3 - pas cet inconvénient de sorte à éviter de devoir nettoyer souvent (voire remplacer) le disperseur. La présente invention concerne dès lors un procédé pour précipiter une matière plastique en solution dans un solvant par injection d'un non solvant sous la forme d'un gaz, selon lequel on injecte le gaz dans la solution sous la forme d'au moins un flux qui est fragmenté à l'aide d'un dispositif de fragmentation au moins en partie immergé dans la solution mais où ladite solution ne peut pénétrer. La matière plastique concernée par la présente invention peut être de toute nature. Il peut s'agir d'un polymère apolaire, tel qu'un polymère de l'éthylène (PE) ou du propylène (PP) ; les polymères du styrène tels que le PS (polystyrène) l'ABS (terpolymère acrylonitrile-butadiène-styrène). Il peut également s'agir d'un polymère polaire tel qu'un polymère du chlorure de vinyle (PVC) ou du chlorure de vinylidène (PVDC), ou un copolymère d'éthylène et d'alcool polyvinylique (EVOH). Il peut également s'agir d'un mélange de telles matières plastiques dont au moins une est en solution. De bons résultats ont été obtenus avec le PVC. Par PVC, on entend désigner tout homo- ou copolymère contenant au moins 50 % en poids de chlorure de vinyle. Avant sa mise en solution, la matière plastique peut se présenter sous une forme quelconque. Il peut par exemple s'agir de déchets de polymérisation, de compoundage ou de mise en oeuvre, éventuellement à l'état liquide ou pâteux, éventuellement même en solution dans un solvant. Il peut également s'agir d'articles solides (sous la forme de tuyaux souples ou rigides, de récipients, de feuilles pour le revêtement des sols, de bâches, de châssis de fenêtres, de gaines d'isolation de câbles électriques, etc.) comprenant un ou plusieurs additifs usuels tels que par exemple plastifiants, stabilisants, antioxydants, agents ignifugeants, pigments, matières de charge, etc., y compris des fibres de renforcement. Ces fibres peuvent être de toute nature, naturelles ou synthétiques ; il peut s'agir de fibres de verre, de cellulose ou de matière plastique, telles que des fibres de polyester et en particulier, de fibres de polyéthylène-téréphtalate (PET). Lorsque cette solution est issue (de fragments) d'articles à recycler, elle comprend toutefois généralement des insolubles qui peuvent être des (fragments de) renforts (fibres, charges diverses), des"accessoires" tels qu'oeillets métalliques, étiquettes, conducteurs métalliques etc. ; des matières plastiques d'une autre nature... Ainsi par exemple, des déchets de câbles électriques contiennent généralement du PVC et du cuivre ; des déchets de membranes pour toiture comprennent généralement du PVC et des fibres de PET ; des déchets de blisters - 4 - pharmaceutiques comprennent généralement plusieurs matières plastiques différentes (PVC et PE typiquement), qui ne sont pas solubles dans les mêmes solvants ; des déchets de papiers peints contiennent souvent du PVC et du papier etc. par définition, ces insolubles sont présents sous forme de particules solides dans la solution. A noter qu'il peut y avoir plusieurs types d'insolubles tels que décrit ci-dessus dans une même solution. Les insolubles décrits ci-dessus sont de préférence substantiellement éliminés de la solution avant précipitation de la matière plastique de sorte que ladite solution est substantiellement exempte de particules insolubles. L'élimination des insolubles de la solution, le cas échéant, se fait généralement mécaniquement. Il peut s'agir d'une filtration, d'une décantation, d'une centrifugation etc. L'étape de séparation mécanique peut également avoir lieu par un procédé mixte par exemple par filtration dans un décanteur centrifuge. Par définition, il s'agit d'un appareillage qui combine l'application de deux forces différentes qui dépendent toutes deux de la densité des corps à séparer : la force de gravité et de la force centrifuge. De tels appareillages sont notamment commercialisés par les sociétés Alfa Laval, Pieralisi, Bord, Broadbent et Siebtechnik. Dans un procédé où le choix du solvant capable de dissoudre la matière plastique est libre (procédé de recyclage par exemple), celui-ci est de préférence sélectionné parmi les liquides ayant un paramètre de solubilité (dont une définition et des valeurs expérimentales figurent dans "Properties of Polymers", D.W. Van Krevelen, Edition de 1990, pp.200-202, ainsi que dans "Polymer Handbook", J. Brandrup and E.H. Immergut, Editors, Second Edition, p.IV-337 à IV-359) voisin du paramètre de solubilité de la matière plastique à dissoudre et/ou présentant des interactions fortes avec celui-ci (liens hydrogènes par exemple). Le terme « voisin » équivaut généralement à « ne s'écartant pas de plus de 6 unités ». Il s'agit en général d'un solvant organique, de préférence polaire tel que la MEK (méthyl éthyl cétone), qui donne de bons résultats avec de nombreux polymères et en particulier, avec les polymères halogénés tels que le PVC. Il est entendu que par solvant, on entend aussi bien des substances simples que des mélanges de substances. En particulier, dans le cas d'un procédé de recyclage travaillant en continu et/ou en boucle fermé, le solvant peut être un flux de liquide recyclé et peut contenir une certaine quantité de non solvant. Le non solvant utilisé dans le procédé selon l'invention présente en général un paramètre de solubilité différent de celui du polymère à récupérer et ne - 5 - présentant pas d'interaction forte avec lui. Le terme « différent » signifie généralement que la différence entre les paramètres de solubilité du non solvant et du polymère excède 4, voire 6 unités. Un non solvant qui convient bien (car présentant un paramètre de solubilité fort différent de celui de la plupart des polymères et étant avantageux d'un point de vue environnemental) est l'eau, en particulier quand le polymère à récupérer est une résine ABS, un polymère du styrène ou le PVC. Par ailleurs, de nombreux déchets de matière plastique contiennent une quantité non négligeable d'eau qui va donc se retrouver également dans le milieu et donc, de ce point de vue, le choix de l'eau comme non solvant est également judicieux. Généralement, la précipitation selon l'invention se fait dans un réacteur aussi appelé précipiteur. De préférence, celui-ci est équipé d'un agitateur (de préférence une hélice submersible à mi hauteur de l'autoclave) pour imprimer un mouvement à la solution et tournant de préférence à une vitesse variant de 60 à 120 rpm. Selon l'invention, le non solvant est gazeux et est injecté dans la solution sous la forme d'au moins un flux qui est fragmenté à l'aide d'un dispositif de fragmentation au moins en partie immergé dans la solution mais où ladite solution ne peut pénétrer. Par « flux », on entend un débit du gaz amené par un réseau de distribution du gaz, généralement au moyen de tuyau(x). Selon l'invention, ce flux (que l'on peut qualifier de « macroscopique ») est fragmenté c.à.d. transformé en des flux plus petits et/ou en bulles plus petites, et ce à l'aide d'un dispositif de fragmentation. Selon une première variante de l'invention, le dispositif de fragmentation est une turbine dont les pales viennent fragmenter les « grosses » bulles issues du (ou des flux de) gaz injecté dans la solution en des bulles plus petites. Il s'agit de préférence d'une turbine à pales inclinées (Pitched Blade Paddle Turbine), d'une turbine de type Rushton ou d'une turbine de type Scaba SRGT (à pales paraboliques concaves). Cette dernière a donné de bons résultats dans le cadre de l'invention. Dans cette variante de l'invention, le dispositif de fragmentation est entièrement immergé dans la solution. Dans une seconde variante de l'invention, le dispositif de fragmentation consiste en une excroissance d'un tuyau amenant le flux de gaz dans la solution, ou en une pièce rapportée sur celui-ci, cette excroissance/pièce rapportée étant munie d'orifices qui sont occultés lorsqu'aucune injection de gaz n'a lieu. De préférence, il s'agit d'une pièce rapportée et de manière tout particulièrement - 6 - préférée, d'une vanne à piston rétractable dont le piston est muni d'orifices. Ce type de vannes est notamment commercialisé par la société SchuF Fetterolf. Dans cette variante, le dispositif de fragmentation est seulement en partie et/ou de manière intermittente immergé dans la solution. En effet, le piston de la vanne étant rétractable, il est de préférence par défaut au moins en partie (de préférence au moins dans toute sa partie munie d'orifices) rétracté en dehors de la solution et n'est immergé dans celle-ci que pour l'injection du gaz. Le procédé selon la présente invention peut être intégré à tout procédé impliquant la récupération d'une matière plastique à partir d'une solution. En particulier, il peut faire partie d'un procédé de recyclage de matières plastiques par mise en solution/précipitation. Dans cette variante, la solution de matière plastique est de préférence obtenue par dissolution (de fragments) d'article(s) en matière plastique usagé(s) tels que décrits précédemment. De préférence, ce procédé fonctionne en boucle fermée, en batchs successifs où le solvant utilisé est recyclé. REVENDICATIONS1 - Procédé pour précipiter une matière plastique en solution dans un solvant par injection d'un non solvant sous la forme d'un gaz, selon lequel on injecte le gaz dans la solution sous la forme d'au moins un flux qui est fragmenté à l'aide d'un dispositif de fragmentation au moins en partie immergé dans la solution mais où ladite solution ne peut pénétrer. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière plastique est un polymère du chlorure de vinyle (PVC), le solvant est la MEK (méthyl éthyl cétone) et le non solvant est de l'eau. 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la précipitation de la matière plastique se fait dans un réacteur ou précipiteur équipé d'un agitateur. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de fragmentation est une turbine. 5 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la turbine est choisie parmi une turbine à pales inclinées (Pitched Blade Paddle Turbine), une turbine de type Rushton et une turbine de type Scaba SRGT. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de fragmentation est une excroissance d'un tuyau amenant le flux de gaz dans la solution, ou une pièce rapportée sur celui-ci, cette excroissance/pièce rapportée étant munie d'orifices qui sont occultés lorsqu'aucune injection de gaz n'a lieu. 7 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de fragmentation est une pièce rapportée. 8 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la pièce rapportée est une vanne à piston rétractable dont le piston est muni d'orifices. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solution de matière plastique est obtenue par dissolution d'article(s) ou de fragments d'article(s) en matière plastique usagé(s).- 8 - 10 - Procédé selon la revendication précédente, ledit procédé fonctionnant en boucle fermée c.à.d. en batchs successifs où le solvant utilisé est recyclé.