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
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