Brevet FR3010084A1 — publié le 20150306

Procédé pour le traitement d'une solution de matière plastique dans un solvant contenant des particules insolubles La présente invention concerne un procédé pour le traitement d'une solution de matière plastique dans un solvant contenant des particules insolubles. 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 - 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 itm) 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 pour récupérer les fibres d'un article à recycler. Ce procédé consiste à d'abord découper l'article en fragments qui sont dissous dans un solvant ; à récupérer les fibres de la solution ; à les laver avec du solvant ; et enfin, à leur appliquer un stripping à la vapeur. Un tel stripping à la vapeur est relativement facile à réaliser avec des insolubles sous forme de fibres mais l'est nettement moins avec des insolubles sous forme de particules plus « courtes » et/ou plus petites. Un problème que la demanderesse a rencontré en injectant la vapeur directement au sein de ces particules est le colmatage progressif du tuyau d'amenée de la vapeur par lesdites particules. Par conséquent, la présente invention vis à fournir un procédé permettant d'éviter cet inconvénient. A cet effet, la présente invention concerne un procédé pour d'une solution de matière plastique dans un solvant contenant des particules insolubles, comprenant les étapes suivantes : - on sépare mécaniquement les particules de la solution - on provoque leur écoulement à travers une enceinte munie d'un orifice inférieur entouré d'une calotte définissant un volume interne séparé de celui de l'enceinte à travers lequel les particules s'écoulent également - on injecte de la vapeur dans la calotte. 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). Les insolubles contenus dans la solution (et généralement présents dans les articles susmentionnés) 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 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. 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 - 4 - 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. Irrunergut, 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 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. Selon l'invention, les insolubles sont séparés mécaniquement de la solution de matière plastique. 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. Le procédé selon l'invention peut être exécuté plusieurs fois en série, sur la solution séparée mécaniquement des particules à l'étape précédente, le cas échéant, et en variant éventuellement la nature (le type) de la séparation mécanique. A la suite de l'étape de séparation mécanique selon l'invention, on est en présence de deux produits distincts : le filtrat (ou insolubles) d'une part, et la solution épurée d'autre part. Celle-ci peut avantageusement également être traitée pour en récupérer la matière plastique. Cette récupération se fait avantageusement par précipitation au moyen d'un non solvant. Dans le cas du couple PVC/MEK mentionné précédemment, le non solvant est de préférence de l'eau au moins en partie sous forme de vapeur comme décrit dans la demande EP précitée, dont le contenu à cet effet est incorporé par référence dans la présente demande. Quant au filtrat (particules insolubles), il contient généralement des résidus de solution en une quantité de l'ordre des % en poids, voire des 10aines de %. Selon l'invention, il est soumis à un traitement d'épuration pour en ôter substantiellement ces résidus (par exemple pour atteindre des teneurs résiduelles en solvant de 50 à 100 ppm (parts par million en poids). Selon l'invention, ce traitement consiste en un stripping à la vapeur. Selon l'invention, on provoque l'écoulement des particules à travers une enceinte munie d'un orifice inférieur. Cette enceinte peut avoir une forme quelconque, cylindrique ou en forme d'entonnoir, et les particules en sortent par un orifice inférieur, de préférence localisé dans la partie centrale du fond de l'enceinte. Cet orifice est, dans le cas d'une enceinte en forme d'un entonnoir, localisé au bout d'une partie cylindrique prolongeant une partie conique. Selon l'invention, l'orifice inférieur est entouré d'une calotte définissant un volume interne séparé de celui de l'enceinte. De préférence, le bas de l'enceinte a la forme d'un entonnoir et la calotte entoure de préférence au moins partiellement la partie cylindrique de cet entonnoir. Selon l'invention, les particules s'écoulent également à travers la calotte, de préférence en laissant un volume libre (non traversé par l'écoulement des particules) pour l'êxpansion de la vapeur. Il y a donc de préférence un volume libre entre l'orifice inférieur de l'enceinte et la paroi inférieure de la calotte. La partie inférieure de l'enceinte est donc en quelque sorte constituée d'une double enveloppe. La calotte (ou enveloppe extérieure) est de préférence également munie d'un orifice dans sa partie inférieure (de préférence également localisé centralement et substantiellement dans le prolongement de l'orifice de l'enceinte), les débits des particules tant à travers l'enceinte qu'à travers de la calotte étant de préférence optimisés de sorte à maximiser l'efficacité du stripping. Pour cela, la vapeur est de préférence introduite de manière - 6 - tangentielle (c.à.d. tangentiellement au flux des particules) afin d'aider le nettoyage de la calotte et de favoriser le stripping. REVENDICATIONS1 - Procédé pour le traitement d'une solution de matière plastique dans un solvant contenant des particules insolubles, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - on sépare mécaniquement les particules de la solution - on provoque leur écoulement à travers une enceinte munie d'un orifice inférieur entouré d'une calotte définissant un volume interne séparé de celui de l'enceinte à travers lequel les particules s'écoulent également - on injecte de la vapeur dans la calotte. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière plastique est un polymère du chlorure de vinyle (PVC) et le solvant est la MEK (méthyl éthyl cétone). 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé étant exécuté plusieurs fois en série, sur la solution séparée mécaniquement des particules à l'étape précédente, le cas échéant, et en variant éventuellement la nature de la séparation mécanique. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bas de l'enceinte a la forme d'un entonnoir comprenant une partie conique et une partie cylindrique et dans lequel la calotte entoure de préférence au moins partiellement la partie cylindrique. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la calotte est également munie d'un orifice dans sa partie inférieure. 6 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'orifice dans la calotte et celui de l'enceinte sont localisés centralement et substantiellement dans le prolongement l'un de l'autre. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solution séparée mécaniquement des particules est traitée pour en récupérer la matière plastique.-8 8 - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la récupération de la matière plastique se fait par précipitation au moyen d'un non solvant 9 - Procédé selon la revendication précédente, dans leqiiel le non solvant est de l'eau au moins en partie sous futaie de vapeur. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vapeur est injectée de façon tangentielle dans la calotte.