Domaine technique et état de l'art

L'invention concerne un procédé de séparation du polyester et du coton pour le recyclage de déchets textiles dans lesquels ces deux matériaux peuvent être intimement mêlés. L'invention est notamment intéressante pour le recyclage de linge de lit usagé, tel que des couettes, des couvertures, des oreillers, etc., dans lequel les deux types de fibres ne peuvent être séparés simplement.

Une très grande quantité de tissus textiles sont utilisés pour l'habillement, les draps, les housses, etc .. Ils sont très largement constitués de mélanges de fibres de coton et de fibres de polyester (Polyéthylène téréphtalate ou PET). A l'issue de leur utilisation, ces textiles sont généralement enfouis. Une étude récente [1] chiffrait à 12 millions de tonnes de fibres de PET fabriquées par an. Annuellement, plusieurs millions de tonnes de ces fibres mélangées aux fibres de coton sont mises à l'enfouissement. Cette mise en décharge, qui pose un problème écologique compte tenu de la difficile dégradation du PET, est essentiellement due à la difficulté de séparer le coton du polyester.

La méthode la plus étudiée dans la littérature est basée sur la séparation mécanique du coton et du polyester. Mais les différentes techniques de séparation mécanique ne permettent pas de séparer correctement les deux constituants, ils sont trop intimement liés. Cette opération mécanique est donc généralement suivie d'autres traitements notamment chimiques. Deux voies chimiques sont possibles :

• La dissolution et la dépolymérisation sélective totale ou partielle du coton,

• La dissolution et la dépolymérisation sélective totale ou partielle du polyester. Quelle que soit la voie empruntée, la dissolution doit être sélective, c'est-à-dire que l'on doit utiliser un ou plusieurs solvants, aptes à dissoudre l'un des constituant, mais inertes vis-à-vis de l'autre constituant.

La dissolution et la dépolymérisation du coton (ou de la cellulose) peut être réalisée à partir de solvants liquides tels que des bases ioniques phosphatées chauffées [2], de la N-méthylmorpholine-N-oxyde (NMMO) [3], des mélanges LiCl/DMAc [4], des mélanges de soude caustique et d'urée NaOH/urée [5], différentes solutions aqueuses ioniques [6]. Des traitements chimiques successifs (soude, hydrolyse enzymatique) permettent d'obtenir du glucose puis de l'éthanol [7]. Egalement, les acides forts tels que H2S04 et H3P04 concentrés [8] dissolvent et dépolymérisent la cellulose. Un brevet US [9] décrit par ailleurs un procédé de dissolution des fibres de cellulose dans un mélange de coton et de polyester par un traitement d'acide chlorhydrique gazeux. Ces traitements chimiques sont assez peu soucieux de l'environnement puisqu'ils utilisent de grandes quantités de produits chimiques qu'il convient de récupérer, de plus, ils sont peu économiques, pour certains ne sont pas suffisamment sélectifs, ils attaquent le PET et dégradent également la structure du coton. Le PET (Polyéthylène Téréphtalate) est un polymère connu, de la famille des polyesters, qui n'est pas facilement soluble dans la plupart des solvants organiques à froid. La glycolyse catalytique [10, 11, 12] est une méthode assez efficace pour dissoudre ou pour dégrader le polyester. Le produit ainsi obtenu peut être recyclé soit à partir du prépolymère soit à partir des monomères. Une étude de 2002 [13] fait état de 33 techniques de recyclage et/ou de dissolution du PET notamment pour les bouteilles plastiques. Les plus répandues sont la glycolyse, la méthanolyse et l'hydrolyse. Un brevet EP [14] décrit une méthode de séparation à chaud de textiles coton / polyester par voie chimique à l'aide d'un solvant alkyl sulfoné qui conserve l'intégrité du coton. Bien que décrite comme efficace et pas chère cette méthode de séparation ne semble pas être industrialisée. Par ailleurs, tous ces traitements chimiques sont assez peu soucieux de l'environnement et sont peu économiques à l'échelle industrielle, du fait des grandes quantités de produits chimiques qu'ils utilisent.

En pratique, aucune de ces techniques ne donne réellement satisfaction.

[I] Oerlikon. The Fiber year 2008/09: a world survey on textile and nonwovens industry.

[2] D. Zhao, H. Li, J. Zhang, L. Fu, M. Liu, J. Fu, P. Ren, Dissolution of cellulose in phosphate -based ionic liquids, Carbohydrate Polymers, 2011.

[3] Maia, E., & Perez, S. (1982). Cellulose organic solvents. IL The structure of N-methylmorpholine N-oxide 2.5H20. Acta Crystallographica, B38.

[4] Andrb M. Striegel, Theory and applications of DMAC/LICL in the analysis of polysaccharides, Carbohydrate Polymers 34 (1997).

[5] Y. Wang, Y. Zhao, Y. Deng, effect of enzymatic treatment on cotton fiber dissolution in NaOH/urea solution at cold température, carbohydrate polymers 72 (2008).

[6] C. Cuissinat, P. Navard, T. Heinze, Swelling and dissolution of cellulose Part IV, carbohydrates polymers 72 (2008)

[7] A. Jeihanipour, M. J. Taherzadeh, Ethanol production from cotton based waste textile, Bioresource Technology 100 (2009).

[8] Johnson, D. C. (1985). Solvents for cellulose. In T. P. Nevell & S. H.Zeronian (Eds.), Cellulose chemistry and its applications.

[9] US 4345039 (A), Method of recovering polyester fibers and cellulosic powder from polyester/cotton textile waste, 1982.

[10] Mateus E. Viana, André Riul, Gizilene M. Carvalho, Adley F. Rubira, Edvani C. Muniz, Chemical recycling of PET by catalyzed glycolysis: Kinetics of the heterogeneous reaction, Chemical Engineering Journal 173 (2011).

[I I] R. Lopez-Fonseca, I. Duque-Ingunza, B. de Rivasa, S. Arnaiz, J.I. Gutiérrez-Ortiz, Chemical recycling of postconsumer PET wastes by glycolysis in the présence of métal salts, Polymer Dégradation and Stability 95 (2010).

[12] S.R. Shukla, Ajay M. Harad, Laxmikant S. Jawale Chemical recycling of PET waste into hydrophobic textile dyestuffs, Polymer Dégradation and Stability 94 (2009).

[13] Cabinet ERDYN Consultants pour l'ADEME, Recyclage chimique des plastiques, 2002.

[14] EP0636646 Al, Recycling polyester / cotton fabrics by dissolving polyester, 1995. Description de l'invention

L'invention propose un nouveau procédé de séparation du coton et du polyester dans des déchets textiles, ne présentant pas tout ou partie des inconvénients des procédés selon l'art antérieurs. Le procédé selon l'invention comprenant une étape consistant à broyer les déchets textiles pour obtenir un broyât. Le procédé selon l'invention est caractérisé en qu'il comprend également les étapes suivantes, consistant à :

• tremper le broyât dans de l'eau, et

• décanter le broyât trempé.

Aucun produit chimique n'est utilisé. Le procédé selon l'invention est ainsi non polluant et économe. De plus, l'eau peut être utilisée en circuit fermée comme on le verra mieux dans des exemples, ce qui permet de limiter la quantité d'eau utilisée.

L'étape de broyage permet d'obtenir un mélange de grains de coton et de grains de polyester. Le procédé selon l'invention utilise le fait que le polyester est hydrophobe (pouvoir d'absorption de l'eau de l'ordre de 0.5%) et que le coton est hydrofuge (pouvoir d'absorption de l'eau de l'ordre de 8.5%). Ainsi, lors de l'étape de trempage, les grains de coton s'imbibent d'eau, alors que les grains de polyester n'absorbent pas l'eau. L'étape de décantation permet ensuite de séparer les grains de coton alourdis par l'eau des grains de polyester.

De préférence, les déchets textiles sont broyés pour obtenir des grains de diamètre compris entre 0.1 et 0.5 millimètres. Le diamètre des grains doit être le plus petit possible pour obtenir des grains les plus purs possibles, c'est-à-dire des grains contenant un seul constituant, du polyester ou du coton, ce qui permet une séparation la plus efficace possible. Inversement, plus le broyage est fin, moins les grains de coton s'alourdissent par absorption d'eau, ainsi le poids des grains de coton mouillés reste trop proche du poids des grains de polyester mouillés et la séparation par décantation est moins efficace. Des grains de diamètre compris entre 0.1 et 0.5 millimètres donnent de bons résultats. Des grains de diamètre 0.25 millimètres ont ainsi conduit à l'obtention après séparation de polyester pur à 99%. Selon une variante, le broyage est réalisé en deux étapes, une première étape de broyage pour obtenir des grains de diamètre compris entre 1 et 50 millimètres, et une deuxième étape de broyage pour obtenir des grains de diamètre compris entre 0.1 et 0.5 millimètres. Un broyage en deux étapes permet d'obtenir des grains fins, de diamètre compris entre 0.1 et 0.5 millimètres pour un coût moins élevé qu'un broyage à une seule étape.

Le broyât obtenu est ensuite trempé dans de l'eau. Afin d'améliorer l'imbibition des grains de coton, le broyât peut être brassé mécaniquement dans la cuve de trempage.

L'expérience montre que, après broyage, des grains de polyester restent emprisonnés dans les grains de coton en raison du caractère filandreux de la fibre de coton. Pour améliorer la pureté du polyester et du coton obtenus par le procédé selon l'invention, il est possible de brasser mécaniquement le broyât et d'injecter simultanément de l'air sous pression dans la cuve de trempage. L'air sous pression a un effet mécanique abrasif qui permet de libérer les grains de polyester emprisonnés dans les grains de coton. La pression de l'air est de préférence supérieure à 5 bars pour un effet mécanique optimal. Le broyât trempé peut être décanté dans de l'eau salée, au lieu de l'eau pure. Le sel (chlorure de sodium) dans l'eau permet d'améliorer la flottaison de grains de polyester, et donc permet de séparer mieux et plus rapidement les grains de polyester des grains de coton lors de l'étape de décantation. Selon une variante, le broyât trempé est décanté dans de l'eau ou l'eau salée aérée par un jet de microbulles. Les microbulles d'air, injectées dans le fond de la cuve de trempage et de décantage, brassent très légèrement les grains présents au fond de la cuve ; elles facilitent ainsi la remontée à la surface de l'eau de la cuve des grains de polyester qui pourraient être piégés autour des grains de cotons. La quantité d'eau ou d'eau salée utilisée pour la décantation doit être suffisante pour permettre une séparation physique bien marquée des grains de polyester et des grains de coton du simple fait de la gravité.

Le broyât trempé est décanté pendant 5 à 50 mn. La durée de l'étape de décantation est notamment choisie en fonction du degré de pureté souhaité des matériaux après séparation, et de la densité du liquide (eau ou eau salée) utilisé pour la décantation. Une durée minimale de l'ordre de 5 mn est nécessaire pour obtenir une pureté intéressante, supérieure à 95% pour les grains de polyester. Au delà de 50 mn, le degré de pureté n'augmente quasiment plus. Des essais avec une durée de l'ordre de 10 à 15 mn ont donné des résultats très satisfaisants, avec une pureté des grains séparés supérieure à 98%. Après décantation, le liquide de la cuve est filtré : les grains de polyester sont récupérés en surface de la cuve, et les grains de coton sont récupérés au fond de la cuve.

Le procédé peut être mis en oeuvre en circuit fermé. L'eau de la cuve de trempage et de décantation peut être réutilisée plusieurs fois. Ainsi, la quantité d'eau consommée par le procédé selon l'invention est limitée. On veillera simplement à maintenir dans la cuve une salinité appropriée. De plus, les grains de polyester ou de coton restés en suspension dans l'eau sont à nouveau traités par le procédé selon l'invention, ce qui permet au final un meilleur rendement du procédé.

Après séparation, les grains de polyester peuvent être extradés pour obtenir des granulés qui peuvent être facilement stockés et éventuellement transportés. Pour réaliser l'extrasion, il est nécessaire de chauffer les grains de polyester à leur température de fusion, de l'ordre de 260°C. Le chauffage permet également la destraction des microbes et des bactéries, et l'inactivation des viras. Les granulés de polyester peuvent ensuite être utilisés pour tout usage connu par ailleurs.

Après séparation, les grains de coton doivent être séchés avant d'être stockés par exemple en silo. Le coton est en effet très sensible à l'humidité et peut facilement développer des moisissures s'il n'est pas correctement stocké. La poudre de coton peut ensuite avoir diverses applications, connues par ailleurs. Le procédé selon l'invention a été développé pour le recyclage de linge de lit usagé. Mais il peut être utilisé pour le recyclage de tout type de textiles en polycoton (tissus d'ameublement, vêtements, etc.), et plus généralement encore pour tout type de matériau comprenant à la fois du polyester et du coton.

Brève description des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec le dessin annexé dans lequel la figure unique montre les principales étapes d'un procédé selon l'invention. Description d'un mode de réalisation de l'invention

Comme dit précédemment, l'invention concerne un procédé de séparation du coton et du polyester pour le recyclage de déchets textiles tels que des linges de lit usagés ou des chutes de textile sur les chaînes de fabrication de linges de lit. Les déchets à recycler comprennent des fibres de coton et des fibres de polyester intimement liées.

Les déchets textiles sont tout d'abord broyés, jusqu'à obtenir des grains de diamètre compris entre 0.1 et 0.5 millimètres, de préférence de l'ordre de 0.25 millimètres. La teneur du broyât en coton ou la teneur en polyester peut être ajustée en ajoutant aux déchets à traiter des déchets textiles comprenant uniquement du coton ou uniquement du polyester, ou plus généralement tout déchet textile comprenant une proportion connue de chaque matériau.

Le broyât est ensuite trempé dans une cuve d'eau salée. Un brassage mécanique est réalisé dans la cuve, ainsi qu'une injection d'air à forte pression supérieure à 5 bars. L'étape de trempage et de brassage dure environ 5 à 50 mn. Des essais avec une salinité de l'ordre de 2 à 3 %, une injection d'air sous une pression de 5 bars, et un trempage / brassage de 10 à 15 mn ont permis d'obtenir du polyester pur à au moins 98 %.

Le contenu de la cuve de trempage est ensuite transféré dans une cuve de décantation. En parallèle, la cuve de trempage est remplie à nouveau de broyât et d'eau salée pour réaliser une nouvelle étape de trempage sur une nouvelle quantité de broyât. La décantation dure environ 12 mn. Des microbulles sont envoyées depuis le fond de la cuve de décantation. Puis le liquide de la cuve est filtré : les grains de polyester sont récupérés en surface de la cuve, avec un racloir par exemple ; puis les grains de coton sont récupérés au fond de la cuve, en vidant la cuve dans un filtre par exemple. L'eau de la cuve de décantation est ensuite réutilisée en circuit fermé pour le traitement d'une nouvelle quantité de broyât.

Dans l'exemple ci-dessus, de l'eau salée est utilisée dans la cuve de trempage et dans la cuve de décantation. Ceci permet d'utiliser un unique circuit d'eau, fermé. Mais le sel n'est pas indispensable, de l'eau pure pourrait également être utilisée. Simplement, et dans l'étape de décantation uniquement, le sel facilite la flottaison des grains de polyester et facilite donc la séparation des grains de polyester et des grains de coton.

Egalement, dans l'exemple ci-dessus, deux cuves sont utilisées, une cuve pour le trempage et une cuve pour la décantation. Mais les deux étapes de trempage et de décantation du procédé selon l'invention peuvent également être mises en oeuvre successivement avec une unique cuve.