Brevet FR3004970A1 — publié le 20141031

PREPARATION PAR GRANULATION DE DECHETS TEXTILES EN VUE DE L'OBTENTION DE MATIERES TEXTILES RECYCLE ES L'invention se rattache au secteur technique du traitement des déchets textiles en vue de leur utilisation sous forme recyclée. L'invention se rattache selon une application spécifique au secteur technique des produits d'isolation mettant en oeuvre le recyclage de produits textiles usagés et détériorés. 15 L'utilisation de déchets textiles pour la constitution de produits isolants relève d'une technologie récente mise en oeuvre et développée par le Demandeur selon la solution décrite dans la demande de brevet français FR 2970274. Selon ce document, il est précisé et revendiqué que l'isolant thermique et phonique est conçu à partir de déchets textiles recyclés 20 préalablement effilochés ou broyés, et est constitué par une structure multicouches comprenant une âme centrale expansée constituée de matières textiles naturelles du type coton, lin, laine, par l'isolation thermique épaisse et peu dense, et d'au moins sur l'une des faces de ladite couche centrale d'une couche externe compressée textile et synthétique du type polyester, 25 polyamide, peu épaisse, et de grande densité, supérieure à la densité de la couche centrale pour assurer des fonctions d'isolation phonique, de résistance à l'humidité, de tenue mécanique de protection. 10 Dans une application particulière, l'isolant inclut un voile de fibres aramides issues de vêtements de pompiers qui ont été préalablement broyés et recyclés sous forme de voile du type précité, En pratique, le procédé utilisé en vue de l'obtention de l'isolant textile consiste dans la mise en oeuvre d'une succession d'opérations identifiées schématiquement à la figure I des dessins. Cette figure 1 montre de manière schématique une installation telle qu'utilisée actuellement mettant en oeuvre la technique de l'effilochage des déchets textiles. Pour des raisons de clarté et de compréhension, les machines et équipement composants ne sont pas identifiés dans le détail, la succession des postes opératoires étant suffisante pour appréhender l'installation d'effilochage des déchets textiles, et ce, comparativement ensuite avec la solution de l'invention. La première opération réalisée dans la zone (la) consiste à la préparation de la matière textile issue de vêtements, par exemple, qui est découpée en tronçons. Ceux-ci sont évacués selon une opération réalisée dans la zone (lb) consistant dans le stockage des matières textiles découpées, mélangées ou non, dans une ou plusieurs chambre(s) de stockage afin de créer un stock tampon. L'opération suivante (le) est celle du pré-effilochage consistant à la pré-ouverture des fibres textiles. L'opération suivante (1d) est celle de l'effilochage définitif avec la séparation des fibres ce qui génère beaucoup de poussières. Ces opérations (1c) ( Id) sont mises en oeuvre avec un système aéraulique centralisé (le) qui couvre et assure les opérations de transport des matières et de filtration des poussières. On constate donc que cette partie de l'installation de traitement par pré-effilochage pour effilochage définitif en vue de la récupération des déchets textiles est très onéreuse, avec un nombre conséquent de machines et matériels permettant de traiter en sortie d'installation environ deux tonnes de déchets textiles à l'heure. D'autres phases opératoires en aval de l'effilochage restent néanmoins nécessaires pour permettre l'obtention de produits à base de déchets textiles recyclés. Bien que ne faisant pas partie de l'objet de l'invention, elles sont citées et non illustrées, pour information complémentaire pour permettre d'appréhender l'importance de l'installation dans son ensemble. Après l'opération finale d'effilochage, il y a une opération de traitement antifongique et ignifuge par pulvérisation de produits dissous (entre 15 et 25 %), ce qui implique en aval une opération de séchage conséquent pour évaporer l'eau des fibres naturelles. Une autre opération est l'intégration d'un mélange de fibres textiles effilochées avec un thermo-liant bi-composants qui nécessite de peser chaque type de fibres pour respecter un dosage précis. Cette opération est faite par des machines dénommées « chargeuses-peseuses », et il en faut autant qu'il y a de types de fibres. Ensuite il faut mélanger l'ensemble à l'aide de machines dénommées « ouvreuses » permettant ainsi d'aérer les libres. L'opération suivante consiste dans le nappage des produits résultant de l'opération précédente. Lors de cette opération de nappage, la matière constitutive du produit issu de la phase précédente est mise en nappe homogène en épaisseur et en densité. Un capteur à rayons X vérifie à chaque instant et très précisément les paramètres et effectuent des corrections en cas de besoin. A ce moment la nappe est construite mais pas encore consolidée. La matière mélangée arrive alors d'une cheminée (partie de l'installation) par le biais d'un important réseau ou système de tuyauterie. Le nappage créé est mou et si l'on presse la nappe, elle ne reprend pas sa forme originelle. Il y a donc nécessité d'une opération supplémentaire, celle du thermo-liage. Dans le cadre de cette cinquième opération, la matière obtenue est transférée dans un four comprenant plusieurs compartiments. Les premiers sont utilisés pour chauffer la matière à une température entre 150 et 200 °C, tandis que les compartiments suivants sont utilisés pour refroidir progressivement le feutre ou produit final car c'est durant cette opération que s'effectue la fixation des fibres entre elles, c'est-à-dire la consolidation. Si à la sortie du four le feutre ou produit final peut être utilisé directement, il est préférable qu'il soit à température ambiante, étant alors directement prêt à être utilisé. Le procédé décrit est ainsi exploité par le Demandeur et ce à grande échelle et de manière satisfaisante en termes de qualité de produits obtenus en fin d'opération. Ceci étant, la mise en oeuvre d'un tel procédé est très onéreuse. Une installation complète de ce genre coûte environ un million d'euros. De ce fait, cela limite les éventuels utilisateurs car les volumes à traiter doivent être importants en tonnage pour permettre un amortissement de ce type d'installation. En outre, il est constaté que ce type d'installation, comprenant un grand nombre de machines, reste très consommateur d'énergie et aussi générateur de pertes de matières recyclées. En outre, la nature de l'installation fait qu'il y a nécessité d'une sélection en amont des matières à traiter car il y a des inadaptations manifestes. Sur la figure 1 qui représente une ligne d'effilochage selon le procédé décrit, il a été mesuré la surface nécessaire au sol pour son installation. Cela requiert une surface en longueur de 62 mètres de long avec une largeur de 15 mètres, soit une surface globale de l'ordre de 930 mètres carrés, ce qui est très conséquent. Selon l'art antérieur de la :figure 1, en particulier dans les zones (1c) et (1d) relatives au pré-effilochage et à l'effilochage lui-même, les matières textiles traitées génèrent une forte électricité statique avec des risques d'inflammation. Il est donc nécessaire de vaporiser des produits antistatiques. En outre, dans ces deux phases, opérations (le) + (1d), les griffes associées aux mécanismes d'effilochage génèrent un volume de poussière entraînant une perte de matières de fibres détériorées de l'ordre de 10 % du volume traité, ce qui est loin d'être négligeable, sans compter l'environnement à traiter. Comme il apparaît également dans le descriptif de la technologie de l'effilochage, celle-ci nécessite une préparation préalable des matières textiles. En outre, une des contraintes actuelles du procédé connu est celle de l'espace dimensionnel nécessaire à la mise en oeuvre d'une telle installation. Aussi, un autre objectif recherché par le Demandeur est celui de la réduction de l'espace dimensionnel nécessaire pour recevoir une telle installation. La démarche du Demandeur a donc été de réfléchir à l'ensemble des contraintes et des limites dans la mise en oeuvre du procédé d'effilochage actuel, afin d'en réduire le coût et aussi d'élargir la gamme des matières pouvant être traitée avec un résultat final amélioré et une simplification des phases opérationnelles plus réduit. Un autre objectif du Demandeur était de limiter, voire de supprimer l'apparition de poussières avec ce phénomène d'électricité statique, et ce, à des fins d'une plus grande sécurité de l'installation. Un autre objectif du Demandeur était de s'affranchir de la nécessité antérieure de sélectionner les matières textiles pouvant incorporés des matériaux ou objets durs ne pouvant être introduits dans les machines et équipements mettant en oeuvre le procédé d'effilochage. En égard de ces objectifs recherchés par le Demandeur, ce dernier a tout d'abord réfléchi pour apporter des améliorations à chaque phase opératoire (la à le) du procédé actuel d'effilochage rappelé précédemment. Les éventuelles améliorations ne sont pas significatives en termes de résultats. Dans ces conditions, soit le procédé actuel était conservé avec quelques améliorations insignifiantes, soit il fallait repenser l'économie même du procédé connu ainsi rappelé. C'est donc vers cette démarche que le Demandeur s'est orienté. La solution trouvée apporte de manière inattendue des avantages nombreux répondant aux objectifs initiaux recherchés. Cette solution vise à mettre en oeuvre un traitement de la matière textile tout à fait différent de l'opération initiale d'effilochage selon le procédé connu. Cette opération d'effilochage qui se comprenait comme une opération basique essentielle du procédé connu est purement et simplement supprimée selon l'invention. A cette opération d'effilochage qui avait pour conséquence. de générer les opérations suivantes (la à le) est substituée selon l'invention une opération de granulation de la matière textile. Les machines de granulations sont connues en soi pour réduire en morceaux de tailles plus ou moins fines des matériaux pouvant être en plastiques, des pneumatiques, des isolants. Ces machines peuvent traiter des matériaux de fer mou ou de petites tailles. Ces machines de granulation sont agencées avec un rotor recevant radialement une pluralité de lames décalées angulairement les unes des autres dans une configuration en hélice, ce qui permet un découpage progressif des produits traités. Une machine de ce type est par exemple décrite dans le brevet WO 01/83111. Ainsi, de manière tout à fait inattendue, et à l'encontre de la technologie actuelle, le Demandeur a voulu intégrer dans le traitement des matériaux textiles en vue de leur recyclage pour constituer notamment des isolants, dans le domaine de la construction et du bâtiment, en amont du procédé une opération de granulation des matériaux textiles entraînant ensuite une modification du procédé actuel dans toutes les phases opérationnelles connues. Le Demandeur a ainsi procéder à un certain nombre de tests qui l'ont conforté dans l'intérêt et le choix de cette technologie de granulation à intégrer dans le recyclage des matériaux textiles avec une application particulière et avantageuse pour la fabrication d'isolants non limitativement. Ainsi et selon l'invention, le procédé de traitement des déchets textiles en vue de l'obtention de matières textiles recyclées est remarquable en ce qu'il met en oeuvre: T. Une opération de granulation dans une machine de granulation incluant un rotor et une pluralité de lames décalées radiales disposées en hélice pour déchiqueter la matière textile traitée en très petits morceaux pour être évacuée à travers une grille d'évacuation intégrée dans la machine. La matière ainsi préparée peut, en fonction de sa nature et du produit final désiré, suivre les phases opératoires suivantes : 2. Une seconde opération de nappage des matières préparées par granulation pour définir des nappes en épaisseur et en densité, 3. Une troisième opération par un traitement à sec ou humide des matériaux textiles, 20 4. Une quatrième opération de thermo-liage. Ainsi le schéma du procédé selon l'invention devient P.IN 1 granulation, P.IN2 nappage, P.IN3 traitement à sec, P.IN4 thermo-liage. 25 En variante, la phase opératoire de granulation est suivie par les phases opératoires de traitement liquide, de mélange de nappage et de thermo-liage. En variante, la phase opératoire de granulation est suivie par des phases opératoires de nappage des produits et de thermo-liage. Selon une autre caractéristique, les produits textiles recyclés selon le procédé de granulation trouvent une application pour la conception de produits isolants textiles. On a représenté figure 2 une ligne du procédé mettant en oeuvre la phase de granulation selon l'invention. La surface au sol nécessaire est de 17 mètres par 9 mètres, soit un espace dimensionnel de 153 m2. On a ainsi représenté figure 2 la machine de granulation (2) et un tapis convoyeur (1) d'acheminement des déchets textiles à recycler. La machine de granulation broie lesdits déchets de sorte à ce qu'ils se 5 présentent sous une forme déchiquetée dimensionnelle très petite. Ces produits sont ensuite transférés par un système d'aspiration (3) vers un appareil (4) destiné à prélever les matériaux durs tels que boutons et similaires, lesquels sont évacués. L'appareil (4) assurant des fonctions de cyclone-séparateur des matériaux durs et des poussières présente à sa base 20 une colonne de distribution (5) susceptible de permettre l'évacuation par gravité des matériaux durs dans des containers (6), l'évacuation des déchets textiles traités se faisant par la sortie (7) en partie haute de l'appareil pour permettre les opérations suivantes de nappage des matières préparées par granulation pour définir des nappes en épaisseur et en densité, puis par une 25 opération de traitement à sec ou humide des matériaux textiles traités, puis une opération de thermo-liage, et aussi une sortie (8) par le haut pour l'évacuation des poussières. Outre les avantages liés à la simplification du procédé et donc de l'installation, la réduction des coûts, l'économie d'énergie par la limitation du nombre de machines intervenant, le Demandeur a pu constater aussi de manière inattendue les avantages spécifiques dans les caractéristiques techniques des produits recyclés obtenus selon l'invention, et en particulier dans les performances sur le plan technique. Ainsi, des essais comparatifs ont été effectués à partir d'un même matériau textile destiné à être recyclé et de même origine rassemblant des vêtements de travail en coton et polycoton (majoritairement coton). Les échantillons destinés à être traités par le procédé connu mettant en oeuvre l'effilochage et par le procédé selon l'invention mettant en oeuvre la granulation ont également été liés avec 15 % de bi-composants 4.4 de 32 mm et avec une densité de 30 kg/m3. La mesure de la conductivité thermique X en w/m.ck (65%HR selon la norme N17. EN12667) a donné les résultats suivants : P01 produit effiloché X. = 0,039 W/m. K P02 produit granulé X = 0,039 W/m.°K Des essais similaires réalisés sur une autre matière textile en faisant varier uniquement le diamètre de la grille du granulateur ont donnés les résultats suivants : P03 produit granulé diamètre 20 mm X = 0,038 W/m.°K PO4 produit granulé diamètre 35 mm X = 0,039 W/m.°K On observe que le diamètre de granulation donné par la grille intégrée dans le granulateur a une incidence certaine sur la performance thermique du produit final et en particulier le paramètre X. (conductivité thermique) qui augmente avec le diamètre de granulation. Le diamètre Il optimal se situant entre 4 mm et 35 mm en fonction de la composition des textiles recyclés. Par ailleurs, différents tests comparatifs ont été effectués sur des produits isolants obtenus à partir de matières textiles recyclées, soit mettant en oeuvre le procédé connu qui intègre l'effilochage, soit le procédé selon l'invention qui intègre la granulation en vue de la réalisation de produits multicouches, avec une couche externe et une couche centrale en bicouches, et avec une couche centrale et des couches externes de part et d'autre en tri-couches. La mise en oeuvre du procédé, selon l'invention, apporte des avantages avec en particulier une conductivité thermique (,) égale voir inférieure à celle mesurée pour les autres produits isolants obtenus selon le procédé connu intégrant l'effilochage. Selon l'invention, on obtient ainsi de manière inattendue des avantages propres à la structure des produits obtenus en intégrant la phase de granulation des matériaux textiles recyclés. En outre, et selon l'invention, la simplification de l'installation génère de nombreux avantages. On supprime le phénomène de l'électricité statique car la matière textile est découpée différemment. On supprime le phénomène des poussières et on réduit ainsi la perte de matières. il n'y a plus de préparation préalable des déchets textiles. Par exemple, les articles vestimentaires avec bandes réfléchissantes portés par les pompiers sont traités tels quels, sans enlèvement des dites bandes. Les textiles complexes peuvent être traités. En outre, la puissance électrique nécessaire au fonctionnement de l'installation est bien moindre. Les applications des produits recyclés selon le procédé de l'invention sont nombreuses et non limitées. L'application des produits textiles recyclés selon le procédé de granulation, selon l'invention, est particulièrement avantageuse pour la conception de produits d'isolation dans le domaine de la construction et du bâtiment.10 REVENDICATIONS1- Procédé de traitement des déchets textiles en vue de l'obtention de matières textiles recyclées, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une opération de granulation dans une machine de granulation incluant un rotor et une pluralité de lames décalées radiales disposées en hélice pour déchiqueter la matière textile traitée en très petits morceaux pour être évacuée à travers une grille d'évacuation intégrée dans la machine. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière ainsi préparée, en fonction de sa nature et du produit final désiré, suit les phases opératoires suivantes : - une seconde opération de nappage des matières préparées par granulation pour définir des nappes en épaisseur et en densité, - une troisième opération par un traitement à sec ou humide des matériaux textiles, - une quatrième opération de thermo-liage. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase opératoire de granulation est suivie par les phases opératoires de traitement liquide, de mélange de nappage et de thermo-liage. 4- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase opératoire de granulation est suivie par des phases opératoires de nappage des produits et de thenno-liage. 5- Produits textiles recyclés selon le procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisés dans leur application pour constituer des produits textiles d'isolation. 6- Installation permettant le traitement des déchets textiles en vue de l'obtention des matières textiles recyclées mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine de granulation (2) et un tapis convoyeur (1) d'acheminement des déchets textiles à recycler, ladite machine de granulation broyant lesdits déchets de sorte à ce qu'ils se présentent sous une forme déchiquetée dimensionnelle très petite, et en ce qu'elle comprend un système d'aspiration (3) desdits déchets vers un appareil (4) destiné à. prélever les matériaux durs, lesquels sont évacués, et en ce que l'appareil (4) assurant des fonctions de cyclone-séparateur des matériaux durs et des poussières présente à sa base une colonne de distribution (5) susceptible de permettre l'évacuation, par gravité des matériaux durs dans des containers (6), l'évacuation des déchets textiles traités se faisant par la sortie (7) en partie haute de l'appareil pour permettre les opérations suivantes de nappage des matières préparées par granulation pour définir des nappes en épaisseur et en densité, puis par une opération de traitement à sec ou humide des matériaux textiles traités, puis une opération de thermo-liage, et aussi une sortie (8) par le haut pour l'évacuation des poussières.25