TITRE : Procédé de recyclage d’une mousse de polymère, matériau obtenu et utilisations

La présente invention concerne un procédé de recyclage d’une mousse de polymère, le matériau issu de ce procédé et les utilisations de ce matériau notamment en tant que matière première pour la fabrication d’un article manufacturé.

Dans le texte qui suit, l’invention est plus spécifiquement décrite en référence au recyclage de mousses polymère de matelas étant donné les volumes concernés, mais elle s’étend bien entendu à toute mousse de polymère, comme les mousses d’ameublement telles que celles de coussins et d’éléments de rembourrage, les mousses de tapis et modules notamment utilisés pour la pratique de la gymnastique, les éléments de calage ou de protection employés dans l’emballage.

La mise au rebut de plusieurs millions de matelas chaque année en France est un problème qui suscite de plus en plus d’attention avec l’émergence de solutions de recyclage très variées. Ainsi, plutôt que l’enfouissement ou l’incinération longtemps pratiquée, bien qu’encore d’actualité, la récupération des matelas s’organise en points de collecte ou par les distributeurs en vue de leur recyclage. Généralement après une étape d’hygiénisation, les matelas sont décomposés en leurs différents composants qui sont respectivement valorisés. Mais parmi ceux- ci, la mousse de polymère reste le plus difficile à recycler du fait de la perte de ses propriétés mécaniques, de son usure et de sa contamination. Après des étapes de compactage, découpage, collage et/ou expansion, elle est essentiellement recyclée dans l’industrie automobile notamment dans l’habillement des véhicules pour les garnitures de portières, les accoudoirs, dans l’isolation phonique et thermique, généralement après une dernière étape de formage en présence d’un liant ainsi que dans la fabrication de nouveaux matelas. Elle peut aussi faire l’objet de traitements chimiques plus ou moins complexes pour en extraire certains constituants qui sont ensuite valorisés.

EP3656525A1 concerne un procédé de fabrication de nappes monomatériau à partir de matelas recyclés pour la confection de matelas et garnitures de meuble, qui pourront eux-mêmes être recyclés. Ainsi, il divulgue un procédé de fabrication de nappes de polyuréthane (PU) comprenant les étapes suivantes : démantèlement des matelas usagés et tri des composants ; sélection des mousses PU non contaminées ; optionnellement hygiénisation des mousses PU sélectionnées ; broyage des mousses PU sélectionnées en flocons ; formation de nappes de PU comprenant le mélange des flocons avec un liant tel qu’un isocyanate ; cette étape peut être réalisée par compression du mélange préalablement versé dans une moule.

Les nappes ainsi obtenues peuvent être ensuite découpées en bandes aux dimensions souhaitées.

Il divulgue aussi un procédé similaire de fabrication de nappes de latex.

Ce recyclage aussi vertueux soit-il est restreint à la confection de matelas et de garnissage d’ameublement. De plus, les mousses perdant en qualité au fur et à mesure des recyclages, ce recyclage n’est pas non plus illimité.

On est ainsi toujours à la recherche de débouchés plus prometteurs, plus larges et plus diversifiés pour de telles mousses.

La présente invention apporte un procédé de recyclage d’une mousse de polymère, simple, permettant de la convertir en un matériau présentant une multiplicité d’utilisations et en particulier dans d’autres domaines que ceux dans lesquels les mousses sont généralement recyclées, ledit procédé étant en outre applicable à tout type de polymère.

Ainsi, par polymère selon l’invention, on entend tout polymère généralement utilisé dans la confection des matelas, et notamment les polyuréthanes, les polyéthylènes, les polypropylènes, les polystyrènes, les caoutchoucs naturels (NR) et les caoutchoucs synthétiques, notamment le polyisoprène de synthèse (IR), les copoiymères de butadiène styrène (SBR) et les polybutadiènes (BR), les co- ou terpoiymères d'éthylène propylène et diène (EPM et EPDM), les copolymères d'isobutylène isoprène, chlorés ou bromés (IIR, BIIR, CMR), les copolymères de butadiène acrylonitriie (NBR), et les poiychioroprènes (CR), les caoutchoucs de silicone (VMQ, FVMQ), les éiasto ères fluorés (FKM), les polyéthylènes chlorés et chlorosulfonés (CM, CSM), les polyacryiates (ACM), les copolymères éthylène acétate de vinyle (EVM) et l’éthylène acrylate de méthyle (AEM), les caoutchoucs niîrile hydrogénés (HNBR) et les caoutchoucs d'éplchlorhydrines (CO, ECO, GECO), les polyuréthanes malaxables (AU, EU).

Par mousse de polymère, on entend toute mousse comprenant un ou plusieurs polymères, et à cellules ouvertes ou à cellules fermées, telle que celles utilisées en literie. Elles ont une densité de l’ordre de 20 à 800 kg/m ³ .

L’invention concerne un procédé de recyclage d’une mousse de polymère comprenant les étapes suivantes : a) On lamine la mousse de polymère en présence d’un liant polymère pour obtenir un mélange homogène de la mousse de polymère laminée et dudit liant, b) On récupère le mélange homogène de la mousse de polymère laminée et du liant polymère, sous forme de bandes ou de plaques, et c) On fractionne lesdites bandes en fragments d’un matériau utilisable comme matière première.

Le procédé de l’invention recourt à des opérations simples mais qui n’ont pas été mises en œuvre en combinaison dans le recyclage de mousse de polymère, tout en permettant de produire en grande quantité un matériau de base pour la manufacture d’articles dans de nombreux domaines d’activité. Il peut ainsi être utilisé comme matière première dans des formulations de mousse ou d’autres matériaux à destination de la construction et notamment pour les joints et l’isolation, de l’industrie automobile.

La première étape a) de laminage de la mousse de polymère en présence d’au moins un liant polymère, selon le procédé de l’invention, permet non seulement le compactage de la mousse, facilité par la présence du liant polymère, mais, au surplus et à la fois, d’évacuer l’air retenu dans les cellules de la mousse. Ceci conduit à un mélange homogène de la mousse de polymère et du liant polymère sous forme de bandes ou plaques que l’on récupère selon l’étape b). Le mélange issu de l’étape a) est de préférence aussi cohérent que possible, en dépendent les propriétés de la matière première ainsi fabriquée. Ainsi, par laminage en présence d’au moins un liant polymère, selon l’invention, on n’entend pas seulement une compression en présence dudit liant ; il s’agit véritablement d’une étape au cours de laquelle la mousse est physiquement transformée en ce qu’elle perd sa qualité de mousse initiale, par l’action du laminage en présence du liant. Il résulte de cette étape a), un mélange homogène entre le matériau constitutif, à savoir le ou les polymères, de la mousse traitée et le liant.

La mousse de polymère peut être sous forme de copeaux.

Le liant polymère est choisi parmi les polymères permettant de conférer une cohésion à la mousse de polymère compactée et des propriétés mécaniques en fonction du matériau attendu. Selon une mise en œuvre de l’étape a), le liant polymère est choisi parmi le latex, le caoutchouc naturel (NR), le polyisoprène IR, les polyuréthanes, les copolymères de butadiène styrène (SBR) et les poiybutadiènes (BR), les co- ou terpoiymères d'éthylène propylène et diène (EPM et EPDM), les copolymères d'isobutylène isoprène, chlorés ou bromés (IIR, BHR, CMR), les copolymères de butadiène acrylonitrile (NBR), et les polychloroprènes (CR), les silicones, les polyéthylènes chlorés et chlorosuifonés (CM, CSM), les polyacryiates (ACM), les copolymères éthylène acétate de vinyie (EVM) et l'éthylène acrylaie de méthyle (AEM), et les nitriies hydrogénés (HNBR)) Il peut être un polymère identique ou différent du polymère de la mousse. Avantageusement, il est choisi de même nature chimique que le polymère de la mousse ou le polymère majoritaire dans la mousse, ceci afin de favoriser la compatibilisation entre la mousse et le liant et de cette façon optimiser leur mélangeage et obtenir une matière aussi homogène que possible. Dans un mode préféré, le liant polymère est un caoutchouc brut ou un mélange de caoutchoucs bruts. Il peut se présenter sous forme solide par exemple sous forme de copeaux, susceptible de s’assouplir lors du laminage afin de favoriser son mélange intime avec la mousse de polymère. Il peut aussi se présenter sous forme d’une pâte plus ou moins visqueuse. Ainsi, il peut être sous forme de mastic. On comprendra que plus le mélange mousse/liant est rendu homogène à l’étape a), meilleurs seront les propriétés, notamment mécanique du matériau obtenu à l’issue du procédé.

Par l’expression, en présence d’au moins un liant polymère, on conçoit que le liant polymère peut être un mélange de polymères dont l’association produit un liant, ou un mélange de liants polymère, mais aussi que tout additif approprié peut être ajouté, par exemple des agents favorisant les propriétés de la mousse en vue du matériau à obtenir, des colorants, des agents compatibilisants, des charges (renforçantes ou non), des antioxydants,....

L’étape a) de laminage telle que décrite ci-dessus peut être menée dans tout dispositif ou laminoir destiné à cette opération dès lors qu’il est équipé d’une alimentation permettant de distribuer ledit liant polymère avant la compression de la mousse de polymère, si un mélange préalable de la mousse de polymère et du liant polymère n’est pas prévu. A titre d’exemple préféré, l’étape a) est réalisée dans un laminoir à au moins deux cylindres ou dans un mélangeur à cylindres. Cette étape peut être conduite à température ambiante mais aussi à une température supérieure. L’homme du métier a les compétences pour déterminer une température appropriée qui est notamment choisie en fonction du liant polymère en vue d’optimiser cette étape, sans risquer de dégrader ni le liant polymère, ni la mousse de polymère. Selon le matériel utilisé, les cylindres ont des températures identiques ou différentes. Comme dit précédemment, elle(s) est(sont) déterminée(s) pour être le(s) plus adaptée(s) à la mousse de polymère et au liant polymère choisis. La friction peut entraîner une augmentation de la température des cylindres ; si nécessaire, on peut être amené à refroidir le ou les cylindres. Ce sera notamment le cas si le liant dans le mélange risque une dégradation ou une dévulcanisation, en particulier si le liant est un caoutchouc.

Selon une variante de l’invention évoquée ci-dessus, il peut être prévu que, préalablement à l’étape a), on mélange la mousse de polymère avec le liant polymère, par exemple dans un mélangeur. A l’issue de ce mélange préliminaire, le mélange peut ne pas être complet et être finalisé à l’étape a).

Le taux de liant polymère dans le mélange de la mousse de polymère et du liant polymère dépend bien entendu de la nature du polymère de la mousse, de la nature du polymère du liant, et aussi des qualités recherchées du matériau produit. Il va de l’ordre de 5 à 40% en poids par rapport au poids du mélange, de préférence de 10 à 30%.

Dans une variante préférée de l’invention, la mousse de polymère est mélangée à un liant de type élastomère cru avant l’étape a) de laminage jusqu’à l’obtention d’un mélange aussi homogène que possible qui sera complété par l’étape a). Selon l’étape b), on récupère le mélange de la mousse de polymère laminée et du liant polymère, sous forme de bandes ou de plaques. Cette étape de découpe est avantageusement réalisée dans la foulée de l’étape a), mais pas nécessairement. Dans ce dernier cas, le mélange de la mousse de polymère laminée et du liant polymère peut être stocké avant découpe, par exemple sur un site industriel différent. Ces dernières sont engagées à l’étape c) dans une opération de fractionnement en fragments dont la taille est variable, généralement de l’ordre de 4 à 12 mm. Selon la nature des polymères engagés et la destination de la matière première ainsi fabriquée, cette taille peut varier en dehors de cet intervalle.

Selon une variante de l’invention, on peut envisager que le mélange de la mousse de polymère laminée et du liant polymère est engagé dans l’étape c) sans subir l’étape b), c’est-à- dire que ledit mélange est fractionné en fragments sans avoir été préalablement découpé en bandes ou plaques.

Les fragments récupérés à l’étape c) constituent un matériau qui est directement utilisable comme matière première, il peut aussi être traité avant son utilisation comme matière première.

Ainsi, si le polymère de la mousse traitée est vulcanisé, les fragments récupérés à l’étape c) sont avantageusement dévulcanisés. Selon cette variante, on mettra avantageusement en œuvre le procédé de dévulcanisation décrit dans la demande de brevet WO2013/182830A1.

L’invention concerne aussi un matériau comprenant une mousse de polymère laminée et un liant polymère, qui est susceptible d’être obtenu par un procédé de l’invention tel que décrit ci-dessus.

L’invention a aussi pour objet toute utilisation d’un tel matériau et en particulier tout article manufacturé fabriqué en au moins un matériau de l’invention. Un tel article peut être constitué uniquement en un matériau de l’invention, il peut être fabriqué qu’en partie avec un matériau de l’invention. Selon cette variante, il comprend avantageusement 5 à 20% en poids d’un matériau de l’invention et de 95 à 80% d’au moins un caoutchouc vulcanisé.

L’invention est ci-dessous illustrée dans l’exemple qui suit pour la fabrication d’un matériau destiné à produire d’un joint en mousse EPDM, à l’appui des figures 1-4 annexées.

[Fig. 1] Figure 1 illustre le pré-mélange de la mousse et du liant.

[Fig. 2] Figure 2 illustre le laminage du mélange de la mousse et du liant.

[Fig. 3] Figure 3 illustre la découpe du mélange de la mousse laminée et du liant.

[Fig. 4] Figure 4 illustre le broyage du mélange en fragments.

Une mousse de type joint en EPDM est pré-mélangée avec un liant EPDM, la teneur du liant dans le mélange mousse/liant étant de l’ordre de 25% en poids. L’opération est réalisée dans un mélangeur interne à une température de 90°C pendant un temps nécessaire pour assurer le mélangeage de manière homogène de la mousse et du liant. Cette opération est illustrée à la figure 1 . Cette étape n’est pas indispensable mais elle permet d’optimiser le mélange de la mousse et du liant.

Le mélange est ensuite laminé sur un mélangeur à cylindres. Aucun chauffage n’est appliqué mais la friction entraîne un réchauffement qui contribue à l’homogénéisation de la pâte homogène, comme illustré à la figure 2.

Le mélange laminé est découpé en plaques d’une taille de l’ordre de 80 cm x 20 cm, comme illustré à la figure 3.

Les plaques sont ensuite broyées en fragments d’une taille d’environ 6 à 8 mm, comme illustré à la figure 4. Le matériau ainsi obtenu peut être utilisé comme matière première.