Brevet FR3147283A1 — publié le 20241004

L’invention se rapporte au domaine des matériaux recyclés. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau à base de polyoléfine chargé en fibres textiles de type polycoton. L’invention concerne également le matériau chargé obtenu, matériau qui peut être utilisé dans l’industrie en remplacement du plastique. Le matériau obtenu est appelé « matière PLAXTIL ». PROCEDE DE PREPARATION D’UN MATERIAU CHARGE A PARTIR D’UN MELANGE POLYCOTON ET POLYOLEFINE L’invention se rapporte au domaine des matériaux recyclés. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau à base de polyoléfine chargé en fibres textiles de type polycoton. L’invention concerne également le matériau chargé obtenu, matériau qui peut être utilisé dans l’industrie en remplacement du plastique. Le matériau obtenu est appelé « matière PLAXTIL ». Domaine de l’invention L’industrie de la mode est considérée comme la deuxième industrie la plus polluante au monde, après l’industrie pétrolière. Une filière très active dont les émissions de CO 2 sont plus élevées que celle des transports aériens et pétroliers confondus. Face aux conséquences environnementales de ce secteur, la filière du recyclage textile est en pleine croissance et se structure depuis quelques années pour la collecte et le tri des textiles. Toutefois, à ce jour, seule une partie minime des textiles est effectivement recyclée. Ce déficit tient en partie à l’hétérogénéité des fibres textiles qui rend complexe le recyclage à grande échelle. Les procédés de l’art antérieur sont généralement adaptés à des types de fibres textiles particulières et les procédés sont assez complexes. A titre d’exemple, on peut citer le brevet FR2998572 qui décrit un procédé de recyclage des constituants d'un produit textile, comprenant éventuellement un prétraitement du produit textile à recycler et au moins les étapes suivantes : (i) hydrolyse des fibres animales, (ii) hydrolyse des fibres cellulosiques, (iii) glycolyse des fibres polyester. Les étapes d’hydrolyse menées en parallèle donnent chacune lieu à la production d’un gâteau, les différents gâteaux de textiles résiduels étant mélangés et le mélange extrudé pour produire un matériau plastique recyclé. Autre exemple, le brevet US2020/0262108 qui décrit un procédé de recyclage d’un textile mixte coton-polyester consistant à hydrolyser le textile dans une solution aqueuse contenant un catalyseur acide organique chauffée à 110 -180°C dans un réacteur à haute pression de sorte à séparer les fibres coton du polyester et récupérer in fine les fibres coton au moyen d’une membrane de filtration sous vide. Aucun de ces procédés ne permet un traitement de textile mixte tout-venant. Le choix d’un traitement « sur-mesure » s’explique notamment par la difficulté à mélanger et homogénéiser deux matières dont les densités diffèrent significativement, en particulier dans le cas de textiles comprenant des fibres mixtes naturelles synthétiques avec d’un polymère. Compte tenu des volumes de déchets textiles générés partout dans le monde, il est souhaitable de disposer de moyens de recyclage adaptés. Les inventeurs proposent un nouveau matériau chargé obtenu à partir de textiles recyclés de type coton-polyester et de polyoléfine ainsi qu’un procédé de préparation d’un tel matériau. Ainsi l’invention concerne un matériau chargé comprenant un mélange de fibres de textile de type polycoton et de polyoléfine, caractérisé en ce que le polycoton représente jusqu’à 75% dudit matériau. L’invention concerne également un procédé de préparation d’un matériau chargé tel que défini précédemment sous forme de granulés de type « compound » à partir de textile de type polycoton et de polyoléfine comprenant les étapes suivantes : Disposer de textile de type polycoton sous forme de broyats Densifier lesdits broyats de textiles par compression de la matière Mélanger lesdits broyats compressés obtenus à l’étape précédente avec ladite polyoléfine Traiter mécaniquement le mélange obtenu à l'étape précédente à une température comprise entre 150 et 220°C, ledit traitement étant mis en œuvre par extrusion. Avantages de l’invention Le matériau chargé obtenu à partir de polycoton et de polyoléfine est assimilé à un plastique écologique. Ce matériau chargé présente de très bonnes qualités mécaniques, qui le rendent utilisable dans les applications de la plasturgie. Il peut remplacer des matériaux plastiques issus à 100 % du pétrole et constitue une alternative crédible au plastique pour l’industrie en général, et pour l’industrie de la mode en particulier. Les fibres améliorent les propriétés de la matrice en remplissant le rôle de « renfort » de façon similaire à un matériau composite classique. Le procédé est caractérisé par sa tolérance. Il peut être mis en œuvre à partir de textiles de type coton-polyester tout venant : textiles constitués de fibres naturelles et synthétiques mélangées, et de manière remarquable, et il n’est pas requis de connaitre le pourcentage relatif de ces deux composants pour mettre en œuvre le procédé. Ceci permet de traiter de grands volumes de textiles usagés, ce qui lève un obstacle majeur par rapport aux procédés de recyclage actuels. De plus, la présence d’autres types de fibres dans le textile, en quantité minoritaire par rapport au coton-polyester, ne gêne pas le procédé. Le matériau chargé obtenu est recyclable au moins sur 10 cycles de réutilisation et s’inscrit dans l’économie circulaire et durable. On note toutefois une perte progressive de performance mécanique inhérente aux polymères eux-mêmes. En particulier, les chaînes polymères se coupent suite aux cycles successifs de fusion. La couleur du compound s’assombrit au fur et à mesure des recyclages. Le cycle de vie des matériaux selon l’invention répond à une logique de recyclage sur le long terme. Tout d’abord parce que les matériaux sont produits à partir de matières textiles usagées recyclées (déchets), mais également parce que le matériau chargé peut être lui-même recyclé sur un grand nombre de cycles. Les essais effectués sur 10 cycles montrent une perte mécanique limitée à 30% ce qui est comparable à un plastique vierge recyclé 10 fois. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Un premier objet de l’invention concerne un matériau chargé comprenant un mélange de fibres textiles de type polycoton et de polyoléfine caractérisé en ce que le polycoton représente jusqu’à 75 % dudit matériau. Le polycoton, aussi appelé « coton-polyester » est un polymère constitué de fibres naturelles de coton et de fibres synthétiques de polyester. Les fibres textiles peuvent être tissées ou non tissées. Le pourcentage relatif entre ces deux types de fibres peut varier, ce qui constitue un frein au recyclage par les procédés actuellement disponibles. Dans le cadre de la présente invention, les textiles à partir desquels est préparé le matériau chargé sont constitués de fibres de polyester et de coton quel que soit le ratio entre ces deux matières. Le ratio coton/polyester peut notamment être compris entre 50/50 et 96/4 ; ce ratio s’appliquant dans les deux sens, à savoir que le coton et le polyester peuvent représenter chacun entre 4 et 96% de la matière polycoton. A titre d’exemple, des compositions classiques de polyester peuvent contenir les ratios suivants : 80/20, 75/25, 50/50 et 60/40 (dans les 2 sens du mélange : coton/polyester ou polyester/coton). Le polycoton peut représenter jusqu’à 75% du matériau chargé. En d’autres termes, le taux de charge peut atteindre 75%. De manière préférée, le taux de charge est compris entre 15% et 50% et de manière usuelle ce taux est compris entre 20% et 45%. Ainsi, le matériau chargé comprend au moins 25% de matrice polyoléfine et de manière préférée, la matrice polyoléfine représente entre 50% et 85% du matériau. La matrice polyoléfine peut être vierge, recyclée ou issue de déchets. La matrice recyclée peut également provenir de fibres synthétiques recyclées ou de toute autre source de déchet. De plus, elle peut contenir jusqu’à 20% charge minérale ; la présence d’une charge minérale dans ces proportions ne perturbe pas le comportement général du matériau chargé, ni son procédé de préparation. La charge minérale peut être constituée de matière telle que du talc, du mica, de la wollastonite, du kaolin, CaCO 3 , BaSO 4 , Dolomie, Graphite MoS 2 . Par « polyoléfine » ou « matrice polyoléfine », on entend les polyoléfines thermoplastiques de type : polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyméthylpentène (PMP), polybutène-1 (PB-1) et polyisobutylène. De manière préférée, la matrice polyoléfine comprend du PE et/ou du PP. De plus, le polycoton peut comprendre d’autres composants en plus des fibres de polyester et de coton. Ces autres composants sont de préférence des matières textiles thermoplastiques telles que du polyamide, des fibres aramides ou du modacrylique. Ces composants additionnels, présents en proportion limitée ne nuisent pas au procédé. Le polycoton peut comporter également de l’élasthanne (ou autres fibres thermodures) pour lesquelles une limite de proportion allant jusqu’à 50% dans le polycoton est acceptable. Au-delà, le matériau polycoton ne peut être recyclé par ce procédé. Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la proportion d’élasthanne dans le polycoton est inférieure ou égale à 40%, 30%, 20% ou 10% en fonction de la nature du textile et du ratio polycoton/polyoléfine appliqué. Le matériau chargé présente de bonnes propriétés de résistance. Il est adapté pour être un substitut au plastique vierge type PP vierge. Il peut entrer dans la fabrication industrielle d’objets « plastiques » communs, par exemple : instruments de mesure (règles, rapporteurs d’écolier), cintres, supports ou contenants. La liste est quasiment infinie. En optimisant les choix et les proportions des textiles / matrices / additifs et en adaptant la conception de la pièce, tout type de réalisation technique en plasturgie est possible avec ce matériau. Un second objet de l’invention concerne un procédé de préparation d’un matériau chargé tel que défini précédemment sous forme de granulés de matière thermoplastique à partir de textile de type polycoton et de polyoléfine comprenant les étapes de : Disposer de textiles de type polycoton sous forme de broyats Densifier lesdits broyats de textiles par compression de la matière Mélanger lesdits broyats compressés obtenus à l’étape précédente avec ladite polyoléfine Traiter mécaniquement le mélange obtenu à l'étape précédente à une température comprise entre 150 et 240°C, ledit traitement étant mis en œuvre par extrusion. Le matériau chargé obtenu se présente sous la forme de « compound » ou granulés thermoplastiques prêts à être utilisés dans l’industrie de la plasturgie en remplacement des matières plastiques vierges. L’obtention d’un matériau chargé de bonne qualité dépend de la « qualité » des matières entrant dans sa composition. Les inventeurs ont mis en évidence l’importance du paramètre de densité des broyats de fibres textiles dans ce procédé et propose de densifier le broyat de fibres textiles avant de le mélanger au polymère en vue de leur fusion. La densification permet de doser correctement le textile en vue de son mélange avec le polymère et facilite le mélange textile-polymère. Typiquement, le broyat de polycoton est compacté jusqu’à obtenir une densité au moins 10 fois supérieure à celle du broyat de départ. Dans un mode de réalisation préféré, le broyat densifié se présente sous la forme de granulés semi-solides et friables. Cette étape de densification est de préférence réalisée par compression. Les granulés obtenus après densification sont illustrés à la Figure 1B, en comparaison avec le broyat non densifié présenté à la Figure 1A. De manière préférée, les broyats de polycoton avant densification ont une taille d’environ 5mm. Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, des additifs naturels sont ajoutés aux fibres de polycoton avant l’étape de densification. La quantité de ces additifs représente jusqu’à 10% de la quantité de matière textile, généralement entre 1 et 2% (en poids). Il s’agit d’additifs de procédé qui apportent de la fluidité à la matière textile. Ceci permet d’améliorer la cohésion des fibres entre elles et facilite ainsi le mélange avec le polymère et leur fusion de sorte que le matériau chargé obtenu soit homogène. Ces additifs de procédé (« additifs process ») sont par exemple de la poudre d’amidon ou des lubrifiants classiques (par exemple de l’anydride maléique introduit via un PP greffé) ; ils ne changent pas la matière mais stabilisent le procédé. La polyoléfine est également fourni sous forme de granulés ou de broyé. La polyoléfine recyclé peut notamment provenir de fibres textiles (tissées ou non tissées) préalablement broyées et densifiées. Après densification, les fibres textiles coton-polyester sont mélangées aux grains de polymère polyoléfine dans une extrudeuse. La température de traitement du mélange est comprise entre 150°C et 240°C. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, elle est comprise entre 160°C et 220°C, voire entre 180°C et 210°C. De manière préférée, le traitement thermique de mise en forme des granulés est réalisé par extrusion. Cette extrusion permet de réaliser un compoundage. Le compoundage est un procédé d’extrusion-granulation permettant le mélange par fusion d'un polymère, ici de la polyoléfine (résine thermoplastique), avec un ou plusieurs additifs de renfort/de charge, ici les fibres textiles coton-polyester, afin d’obtenir une matière plastique sous forme de « compounds » (sorte de granulés) aux caractéristiques physiques ou thermiques propres. D’autres propriétés spécifiques telles que : antistatique, conducteur électrique, anti-UV, antioxydant, etc… peuvent être obtenues par ajout d’additifs standards utilisés pour obtenir lesdites propriétés. Dans le cadre de l’invention, le compoundage consiste à extruder des granulés de taille standard similaire à des granulés vierges de mélanges de matières thermoplastiques. Sous forme de compound, le matériau chargé est compatible avec toutes les presses utilisées pour les produits injectables et peut donc être utilisé par les industriels comme n’importe quelle matière plastique. Le procédé selon l’invention a pour objectif d’éviter la dégradation des fibres, ou du moins de la minimiser. Une bonne fusion des fibres entre elles améliore la dispersion des fibres dans le compound et peut avoir un effet esthétique avec des fibres moins visibles. Les paramètres du procédé peuvent être ajustés en fonction du rendu visuel souhaité du matériau chargé. Ainsi, il a été établi que le mélange polycoton-polyoléfine doit être traité à une température comprise entre 150°C et 240°C (de préférence entre 160°C et 220°C) pendant la phase d’extrusion et d’injection pour que le matériau obtenu soit conforme en termes de propriétés attendues. Cette plage de températures permet une bonne dispersion des fibres dans la matrice polymère dans un procédé industriel. Tous les matériaux composites selon l’invention sont recyclables. Cette propriété intéressante est directement liée au fait que le procédé n’induit pas de modification structurelle ni des fibres, ni du polymère. En particulier, aucun agent chimique susceptible d’induire une telle modification de la matière n’est utilisé. Toutefois, il est possible d’utiliser en petite quantité des agents chimiques pour améliorer certaines caractéristiques du matériau, comme des extenseurs de chaines pour améliorer les performances mécaniques dans le cadre d’une boucle de régénération. Dans un mode particulier de l’invention, aucun agent chimique n’est utilisé même parmi les agents chimiques non susceptibles d’’induire une modification structurelle des fibres ou du polymère, mais qui permettent une amélioration de certaines caractéristiques du matériau chargé. Des colorants et/ou pigments peuvent être ajoutés pour modifier le rendu chromatique. D’autres additifs peuvent aussi être employés pour fonctionnaliser le matériau (fonction ESD-Biocide, thermochromatique, photoluminescent, etc), sans affecter la structure des fibres ou du polymère. De même, les températures et forces appliquées pendant le procédé ne provoquent pas de changement d’état (aucune modification par chimie réactive n’est recherchée). Le matériau chargé obtenu a typiquement un comportement de matière thermoplastique. La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples qui suivent, fournis à titre d’illustration et ne devant en aucun cas être considérés comme limitant la portée de la présente invention. DESCRIPTION DES FIGURES : Représentation des produits obtenus aux différentes étapes du procédé, ici obtenus à partir de masques chirurgicaux recyclés. A : broyat de textile de départ, B : Broyat de textile densifié sous forme de granulés semi-solides : Représentation graphique du module de Young en flexion en fonction du nombre de cycles de recyclage : Représentation graphique de la résilience avec entailles en fonction du nombre de cycles de recyclage EXEMPLES EXEMPLE 1 : Préparation des matériaux chargés et aspect obtenu Un exemple de procédé de préparation d’un matériau chargé est décrit ici. Le textile à base de polycoton est tout d’abord broyé de manière uniforme pour obtenir des broyats d’une taille d’environ 5 mm. Ce broyat est ensuite densifié par compression jusqu’à obtenir des granulés semi-solides friables qui sont ensuite séchés, si besoin, dans une étuveuse ou dessiccateur pour retirer l’eau. L’eau est responsable de l’hydrolyse des plastiques, un des principales raisons de la casse des chaines de polymères et qui affectent donc les propriétés mécaniques des matériaux. Ces granulés de textiles sont ensuite mélangés à des grains de polymère polyoléfine dans une extrudeuse. Le mélange est extrudé à une température de 200°C sous forme de granulés de taille standard similaire à des granulés vierges de mélanges de matières thermoplastiques ; il s’agit de l’étape de compoundage. Le matériau chargé obtenu est appelé de manière générique « matière PLAXTIL ». EXEMPLE 2 : Propriétés des matériaux chargés Les essais ont été effectués selon des normes ISO afin d’être reproductibles (NF EN ISO527-1 pour la traction par exemple). Les caractéristiques des matériaux chargés obtenus sont présentées ci-dessous : Résistance au choc Charpy : résilience non entaillée : 20-40 KJ/m2 résilience entaillée : 15-22 KJ/m2 Essai de flexion à 10 mm pendant 10 min Contrainte maximale : 30-40 MPa Module de flexion : 1900-2300 MPa Essai de traction Contrainte maximale : 10-17 MPa Allongement à la rupture à 10 mm pendant 10 min : Module de traction : 1200-1400 MPa Indice de fluidité à chaud MFR sous 2,6 kg à 230°C : >5 g/10 min (valeur mini pour compatibilité avec process d’injection) Ces propriétés sont comparables ou supérieures mécaniquement à la matière vierge thermoplastique. Le matériau chargé selon l’invention est notamment plus rigide du fait de la présence de fibres. EXEMPLE 3 : Étude de l’impact environnemental du procédé selon l’invention Le procédé de recyclage des matières textiles selon l’invention se différencie des filières de traitement par incinération par son impact environnement réduit : le processus de recyclage et injection conduit à des émissions de CO 2 à hauteur de 1,71 kg/ T de matière recyclées alors que l’incinération produit entre 1 000 et 1 700 kg de CO 2 /T. L’impact environnemental est donc divisé par 1000 grâce au procédé selon l’invention et ce dernier permet de produire des matériaux composites d’intérêt en remplacement du plastique, là où l’incinération ne fait que détruire. De plus, l’analyse comparative du cycle de vie entre le même objet en PP vierge (origine Asie ou Europe) et en matière PLAXTIL (1° utilisation ou recyclée) démontre l’intérêt d’usage de la matière PLAXTIL en termes de ressources consommées. En effet, en moyenne, l’impact sur les ressources est divisé par 3. EXEMPLE 4 : Recyclabilité des matériaux chargés Les performances mécaniques des matériaux recyclés ont été évaluées à l’aide du module de Young en flexion et de la mesure de la résilience. La montre que le module d’Young est impacté d’environ 30 % sur les premiers cycles puis reste stable. Ce résultat montre un bon maintien de propriétés mécaniques pour 10 cycles de recyclage. La montre l’impact du nombre de cycles de recyclage sur la résilience. On notera que la capacité du matériau à résister à la propagation d’une fissure diminue au cours des cycles mais cette diminution reste modérée jusqu’à 7 cycles, ce qui est déjà significatif. L’usage du matériau recyclé peut, de plus, être adapté au cycle du vie du matériau en tenant compte de ce paramètre. Ces résultats peuvent être comparés aux données relatives au recyclage du polytéréphtalate d’éthylène (PET). Le PET est le plastique de plus utilisé dans les emballages (bouteilles) et et le plus recyclée au monde, via un recyclage primaire ou secondaire. Le recyclage du PET a atteint un niveau de maturité des plus avancés parmi les plastiques de grande consommation. Néanmoins, la perte des propriétés mécaniques du PET après chaque cycle de recyclage reste problématique. Il apparait ainsi que la contrainte à la rupture du PET « vierge » est de 42% mais que cette valeur chute à 0,7% après le cinquième cycle de recyclage. Cette perte substantielle de propriétés mécaniques limite ainsi le nombre ultime de cycles pouvant être réalisés. Le matériau chargé selon l’invention peut être recyclé plus de 4 fois, sans perte substantielle de propriétés mécaniques et par un procédé respectueux de l’environnement. Matériau chargé comprenant un mélange de fibres de textile de type polycoton et de polyoléfine, caractérisé en ce que ledit polycoton représente jusqu’à 75% en poids dudit matériau. Matériau chargé selon la revendication 1 dans lequel le ratio polyester/coton ou polyester/coton du polycoton est compris entre 50/50 et 4/96 en poids total des textiles. Matériau chargé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le taux de charge est compris entre 15% et 50% en poids. Matériau chargé selon l’une des revendications précédentes dans lequel ladite polyoléfine peut être vierge, recyclé, issu de déchets et peut contenir jusqu’à 20% en poids de charge minérale. Matériau chargé selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre d’autres matières textiles thermoplastiques provenant dudit textile de type polycoton telles que du polyamide, des fibres aramides et du modacrylique. Matériau chargé selon l’une des revendications précédentes comprenant en outre de l’élasthanne provenant dudit textile de type polycoton dans une proportion pouvant aller jusqu’à 50% en poids dudit textile. Procédé de préparation d’un matériau chargé tel que défini à l’une des revendications 1 à 6 sous forme de granulés thermoplastiques à partir de textile de type polycoton et de polyoléfine comprenant les étapes de : Disposer de textiles de type polycoton sous forme de broyats Densifier lesdits broyats de textiles par compression de la matière Mélanger lesdits broyats compressés obtenus à l’étape précédente avec ladite polyoléfine Traiter mécaniquement le mélange obtenu à l'étape précédente à une température comprise entre 150 et 240°C, ledit traitement étant mis en œuvre par extrusion. Procédé selon la revendication 7 dans lequel un additif de procédé est ajouté auxdites fibres textiles avant l’étape de densification.