présentation recyclage MIL

Le recyclage des plastiques au CRITT
Matériaux Alsace:
Vers la valorisation des déchets plastiques
Michaël LEMOINE
Ingénieur R&D
CRITT Matériaux Alsace
Hall 1 – Stand D4
Sommaire
 Contexte
 Enjeux
 Réglementation
 Problématique de recyclage
 Recyclage au CRITT
Nos interventions
Nos solutions
Nos moyens
Nos exemples
Contexte
Quelques chiffres
• 19,2% = Taux de recyclage des plastiques en 2012 (17,5% en 2000)
Recyclage
19%
Décharge
[POURCEN Valorisatio
TAGE]
n
énergétiqu
e
37%
• Augmentation des collectes:
de 700kT en 2000 à 1100kT en 2012
post-consommation et chutes de production
• Moins de 5% de plastiques réincorporés
• 21ème: classement de la France en Europe
Source: Plastics Europe
Faible taux d’utilisation des déchets plastiques
Deux plastiques sont principalement recyclés : polyéthylène
téréphtalate (PET) et polyéthylène haute densité (PEhd)
Recyclage des polymères techniques en développement
Enjeux
Favoriser l’éco-conception et contribuer au développement durable
Inciter les industriels à incorporer leurs déchets régénérés
Limiter les déchets de production industrielle
Régénérer et réutiliser les thermoplastiques en fin de vie
Limiter le recyclage énergétique
Favoriser la reprise des produits en fin de vie
Nouvelles sources et nouvelles filières
Séparation et lavage des déchets
Extension des consignes de tri
Volonté légale/marketing/politique/économique
Directives européennes
Réglementation
Les directives Européennes fixent des objectifs de valorisation et de recyclage pour les
déchets (emballages, DEEE et VHU)
Décret n°2004/12/CE
Emballage
Au 31 Décembre 2008
- Valorisation énergétique des déchets d’emballages: 60%
- Recyclage des déchets d’emballages: entre 55% et 88%
Décret n°2012/19/CE
DEEE
Les états membres s'engagent à collecter en proportion 45% des équipements mis sur
le marché en 2016, puis 65% en 2019.
Au 15 août 2018
- Valorisation : 55% à 80%
- Remploi et recyclage: entre 75% et 85%
VHU
Décret n° 2003/727/CE
Au 1er janvier 2015
- Réutilisation et de recyclage: 85%
- Réutilisation et de valorisation: 95%
Trouver de nouvelles voies de valorisation des matériaux plastiques
Problématiques
Plastique
=
Formulation de polymères (mélanges incompatibles), d’additifs et de charges
Tri des déchets plastiques
Recyclage difficile des plastiques mélangés
polymères incompatibles
Matière première secondaire obtenue par extrusion/granulation
Dégradation : oxydation et ruptures de chaînes
• Mécaniques
• Thermiques
• Stabilité
• Odeurs de produits de dégradation
 Pollution chimique et physique
⇒ qualité (contact alimentaire, application médicale et pharmaceutique)
 Propriétés faibles
Solutions du CMA
Déchets industriels
Recycler en interne
 Chutes de délaizage
 Déchets générés en interne
Déchets non recyclés en interne
 Coulées filière
 Produits complexés (multicouches)
• Découpe
• Broyage
• Réincorporation
 Déchets de démarrage
 Déchets de décorticage après transformation
Le recyclage au CRITT Matériaux Alsace
Consommation/
Utilisation du produit
Nos interventions
Fabrication de
nouveaux produits
Transformation et
régénération de la
matière
Ramassage –
Collecte
NOUVEAUX
Recyclage
du plastique
MATERIAUX
POLYMERES
Tri des
plastiques
LIBS
Broyage et lavage
Mise en balle
Le recyclage au CRITT Matériaux Alsace
Consommation/
Utilisation du produit
Récupération de
déchets plastiques
Fabrication de
nouveaux produits
Ramassage –
Collecte
Recyclage du plastique
Transformation et
régénération de la
matière
Broyage et lavage
Tri des
plastiques
Mise en balle
Le recyclage au CRITT Matériaux Alsace
2 sources de plastiques à recycler
Déchets insuffisamment triés
Multi-couches non séparables
Problématique
 Valorisation des mélanges et « multi-couches »
Réponses du CMA
1) Compatibilisation chimique
2) Compatibilisation mécanique
3) Développement d’une nouvelle chimie
Objectifs
Elaboration d’une nouvelle matière recyclée transformable
Améliorer les propriétés des produits recyclés
Procédés de compatibilisation
Extrusion réactive Reformulation des plastiques
Procédés « batch »
Procédé continu
R&D
Échelle laboratoire
Pilote
Industrialisation
Production
Mise en forme des
matières
reformulées et
recyclées
Mélangeur type Haake
Extrudeuse bi-vis
Presse à injecter
Sollicitation de la matière par cisaillements
Nos moyens de caractérisations
Caractérisation matière
Evaluation efficacité étape mélange/compatibilisation
 Spectromètre Infra-rouge: Efficacité greffage, dégradations
des différentes phases de polymères
 Analyse thermique : Dégradations des polymères
 Microscope électronique : Dispersion et taille des phases
Evaluation transformabilité
 Indice de fluidité
 Analyse thermique (calorimètre)
Caractérisation produit
Evaluation propriétés d’usage
 Essais mécaniques (traction, choc…)
Recyclage du polyamide
Problématique
Etude de l’effet de l’incorporation d’une matière issu de chutes de production et de
produits en fin vie dans une matière vierge.
Simulation
Une chute de production = 1 cycle extrusion/injection
Fin de vie est représentée = 4 cycles extrusion/injection
Matière vierge + Compounds ayant subi 1 à 4 cycles extrusion/injection
Caractérisation de l’évolution des propriétés lors du recyclage
Altérations des propriétés
Thermiques
 Baisse de la Tf et de la cristallinité
 Augmentation de la Tc
Mécaniques
 Comportement fragile au fil des cycles
Solutions
Reformulation pour améliorer les propriétés des matières recyclées
Ajout d’antioxydant et d’allongeurs de chaînes
Allongeur de chaînes avec terminaisons réactives
Réaction avec les groupes de fin de chaînes
Couplage des chaînes entre elles
Exemple: réaction entre des bislactames et les fonctions terminales
amines du PA
Résultats
Augmentation des masses molaires sans réticulation
Augmentation de la viscosité
Amélioration de la résistance aux chocs
Augmentation de l'allongement à la rupture des PA renforcés
Extrusion réactive
Recyclage de mélanges incompatibles
Problématique
Films « multicouches » à propriétés barrière associant différentes
matières PEbd, copolymère d’éthylène, PA, PET
Incompatibilité des polymères: PE/PET/PA/PP
⇒ Diminution des propriétés du produit recyclé
Solutions
Compatibilisation chimique par ajout d’agents chimiques
Formation de copolymères greffés à l’interface des polymères immiscibles
Plastiques
incompatbles
Agents
chimiques
Réactifs utilisés:
PA6, PET ou copolymères fonctionnalisés
Mise en forme
Extrusion réactive
Recyclage de mélanges incompatibles
Problématique
Solutions
 Recyclage des bouteilles en PEhd
 Compatibilisation PE/PP
Compatibilisation chimique par ajout d’agents chimiques
Formation de copolymères greffés à l’interface des polymères immiscibles
Mélange
PEhd/PP
Monomère(s)
+ amorceur
Réactifs utilisés:
Monomères: acrylate / anhydride maléique / Styrène
Amorceur: peroxyde
Mise en forme
Résultats
Amélioration des propriétés mécaniques dont résistance au choc
Valorisation de déchets automobiles
Valorisation de déchets
Pare-chocs
Extrusion réactive
Pare chocs
Recyclage de plastiques peints
Problématique
Solutions
Particules inorganiques de peintures déposées sur le PP
 « Extrusion filtering »
 Extrusion réactive:
Hydrolyse des particules par ajout d’agents réactifs et dispersion
des résidus hydrolysés dans le polymère fondu
PP + particules
de peinture Agents réactifs
Mise en forme
Résultats
Amélioration des propriétés mécaniques dont résistance au choc
Valorisation de déchets automobiles
Verres feuilletés
Extrusion réactive
Recyclage du polymère constituant les verres feuilletés
Problématique
PVB: colle élastomérique
Peu de débouchées pour la valorisation du PVB (PolyVinyl Butyral)
récupéré lors de la séparation de déchets de verres feuilletés
Objectif
Proposer des voies de valorisation pour le PVB recyclé
 Charges élastomères en renfort de chocs dans les matrices
thermoplastiques
Extrusion réactive
Recyclage du polymère constituant les verres feuilletés
Solutions
 Extrusion réactive
PVB + agent
Matrice
compatibilisant thermoplastique
Mise en
forme
Extrusion réactive
Recyclage du polymère constituant les verres feuilletés
Résultats
Propriétés mécaniques attendues :
 Diminution du module d’Young
matériau plus flexible
 Augmentation de l’élongation à la rupture
matériau plus ductile
 Augmentation de la résistance aux chocs
Prix des compounds formulés
Trouver de nouveaux débouchés pour ces nouveaux matériaux
Valorisation de déchets automobiles
Plage arrière
Extrusion réactive
Recyclage de plages arrières automobiles
Problématique
Plaques isolantes
Plaque: PP + fibres PET
Plaque multicouches
PET
PP
terpolymère
Incompatibilité des polymères: PET/PP
⇒ Diminution des propriétés du produit recyclé directement sans compatibilisant
Objectifs
 Valoriser des matériaux plastiques multicouches industriels en fin de vie
 Obtenir un nouveau matériau polymère homogène valorisable à partir d’un
multicouche industriel
Extrusion réactive
Recyclage de plages arrières automobiles
Solutions
Compatibilisation chimique par ajout d’agents chimiques
Formation de copolymères greffés à l’interface des polymères immiscibles
Mélange de
plastiques
Monomère(s)
+ amorceur
Réactifs utilisés:
Monomère(s): Acrylate / anhydride maléique/ Styrène
Amorceur: peroxyde
Mise en forme
⇒ Obtention d’un copolymère PP/PET permettant la compatibilité entre PP et PET.
⇒ Compatibilisation de l’interface PP/PET
Phase PP
Phase PET
O
PP
=
Réaction chimique entre le PET et le PP modifié
-C-O-
PET
Extrusion réactive
Recyclage de plages arrières automobiles
Sans compatibilisant
PP/PET
Avec compatibilisant
Images MEB
Résultats
Obtention d’une matière plastique recyclée transformable
Amélioration des propriétés mécaniques et résistance au choc
Validation de la compatibilité: caractérisation des matériaux recyclés
Mélangeur innovant
Recyclage de plages arrières automobiles
Valoriser un mélangeur innovant en compatibilisant deux
plastiques immiscibles: PP et PET
Compatibilisation mécanique
Sollicitation en mode élongationnel
Echelle R&D
procédés « batch »
RMX
Mélangeur innovant - prototype
(G2IP à l’Institut Carnot MICA)
ICPEES – Laboratoire G2IP
A
piston
P
C
chambre
de
C
mélange
Elément statique
P
A
Mélangeur innovant
Recyclage de plages arrières automobiles
Etudes des paramètres du nouveau mélangeur
 Influence de la vitesse des pistons, du nombre de cycles d’élongation, de la température
240°C
250°C
PP/PET
Comportement
fragile
Comportement
viscoélastique
5
Résultats
Mise au point de procédés de mélange de plastiques usagés de nature
différente pour produire de nouveaux matériaux
Accès au recyclage de fractions riches en polyoléfines sans avoir à les
séparer par polymère
Nouveau procédé de valorisation
Problématique
Solutions
Valorisation de déchets en mélange
Utilisation d’une chimie nouvelle
Déchets plastiques en mélange
Etape 1 - Dégradation - Fonctionnalisation Dépolymérisation sélective
Mélange d’intermédiaires de synthèse
Etape 2 - Réaction chimique
Réseau polymère dynamique
Résultats
Formation d’un nouveau
matériau polymère
Reformulation par ajout
d’un agent réticulant
et/ou un catalyseur
Conclusions
Valorisation des déchets industriels de nos clients
L’innovation au service du recyclage
 Reformulation chimique
 Compatibilisation physique/mécanique
Accès à de nouveaux matériaux polymères
Nos moyens
 Equipements de mise en œuvre
 Parc d’appareils de caractérisation
Hall 1 – Stand D4
Merci pour votre attention
Michaël LEMOINE
[email protected]
Tel: +33 (0) 80 19 15 10