Titre : Procédé de préparation d’une pâte de cellulose

Domaine technique

[0001] La présente divulgation relève du domaine de la préparation de pâte de cellulose dissoute, notamment de pâte de cellulose réalisée à partir de déchets textiles.

Technique antérieure

[0002] Autour du monde, des millions de tonnes de fibres de déchets textiles sont produites annuellement. À titre d’exemple, il est estimé que 85 % des vêtements achetés sont jetés dans l’année suivant leur acquisition. Parmi ces déchets textiles, une grande portion comprend les déchets textiles à base d’un mélange de fibres de coton et de fibres synthétiques qui sont majoritairement des fibres de polyester. Dans l’industrie du vêtement, les vêtements à base de coton représentent par exemple 35 % du marché.

[0003] Les fibres de coton sont composées de cellulose, un polymère d’origine naturelle que l’on retrouve dans de nombreuses espèces de plantes. La cellulose représente notamment 35 à 50 % de la biomasse végétale, faisant ainsi de la cellulose le composé le plus abondant dans la biomasse végétale. On la retrouve à l’état presque pur dans les poils des graines de coton sous forme de fibres. Ces fibres de coton sont récoltées à partir de plants de coton et consistent en de longues chaînes entrelacées de polymères de cellulose. Ces fibres sont filées, teintes et finalement tissées, tricotées et assemblées en textile. Les fibres naturelles, en particulier celles à base de coton, sont en général des matériaux bruts à coût variable en raison des variations météorologiques et des instabilités politiques et socio-économiques des principales régions de production.

[0004] La culture du coton est une culture à forte consommation de ressources et d’énergie. À titre d’exemple, il est estimé qu’environ 3000 litres d’eau sont nécessaires pour produire environ 500 grammes de fibres de coton. De plus, la culture de cette plante nécessite l’emploi d’une grande quantité de pesticides, d’une grande surface de culture et produit une quantité significative de gaz à effet de serre. Compte tenu d’une demande en terres agricoles croissante, d’un accès à l’eau décroissant et d’une population mondiale en expansion et donc une demande en coton grandissante, le coût de la production de coton est en augmentation. Ainsi, la production de coton semble ne pas être durable et il est envisageable que le coton devienne non rentable dans le futur.

[0005] Il existe ainsi un besoin de trouver des moyens pour réutiliser le coton des déchets textiles qui en contiennent. Cependant, les textiles comprenant du coton sont principalement sous la forme d’un mélange de fibres de coton et de fibres synthétiques. Ainsi, pour réutiliser le coton il est nécessaire de le séparer des fibres synthétiques et des produits chimiques potentiellement présents dans le textile. Ces textiles présentent cependant le désavantage d’être difficilement recyclables du fait de leur composition et des performances des procédés de recyclage. Les textiles à base de fibres de coton et de fibres synthétiques sont donc généralement vendus comme matériau de seconde main ou déchirés pour être réutilisés comme textiles de faible qualité.

[0006] Cependant, certains procédés récents de recyclage de textile à base de fibres de coton et de fibres synthétiques présentent de meilleurs résultats. Ils fonctionnent en dissolvant la cellulose du coton afin de l’isoler des fibres synthétiques. Un désavantage majeur de ce procédé est que la cellulose obtenue est de faible qualité. En effet, une grande quantité d’impuretés, telles que des produits chimiques ou des fibres synthétiques présents dans les déchets textiles, se retrouve dans la solution de cellulose dissoute et dégrade la qualité de la fibre de cellulose régénérée.

[0007] Il existe donc un besoin de fournir un procédé de recyclage de textile comprenant entre autres des fibres de coton et des fibres synthétiques et permettant de produire une pâte de cellulose de meilleure qualité.

Résumé

[0008] La présente divulgation vient améliorer la situation.

[0009] Il est proposé un procédé de préparation de pâte de cellulose à partir de déchets textiles comprenant des fibres de cellulose dans une proportion massique supérieure à 50 %, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- S1 le broyage des déchets textiles afin d’obtenir un premier mélange de fibres et de résidus broyés,

- S2 la séparation d’au moins une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange afin d’obtenir un deuxième mélange dont la proportion massique de fibres de cellulose est supérieure à la proportion massique de fibres de cellulose du premier mélange,

- S3 la filtration du deuxième mélange afin de récupérer une phase solide comprenant les fibres de cellulose,

- S4 la dissolution des fibres de cellulose de la phase solide pour obtenir une pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes et,

- S5 la filtration de la pâte de cellulose afin d’obtenir une pâte de cellulose séparée des particules non dissoutes.

[0010] Le procédé selon la présente invention permet d’obtenir une pâte de cellulose de grande qualité à partir de déchets textiles comprenant une grande portion de fibres non- cellulosiques ; ce qui rend possible l’utilisation d’une plus grande variété de textiles à recycler. Les étapes de séparation et de filtration permettent notamment d’obtenir une telle qualité de pâte de cellulose grâce à l’élimination des fibres non cellulosiques.

[0011] D’autres caractéristiques optionnelles et non-limitatives sont les suivantes.

[0012] Les déchets textiles peuvent comprendre des fibres de cellulose dans une proportion massique inférieure à 85 %, voire inférieure à 80 %.

[0013] Les déchets textiles peuvent comprendre des fibres de cellulose, des fibres de polyester et d’autres types de fibres synthétiques.

[0014] Le procédé peut en outre comprendre une étape S0 de délissage des déchets textiles antérieure ou simultanée à l’étape S1.

[0015] L’étape S1 est réalisée au moyen d’un dispositif de broyage tel qu’un dispositif de broyage à couteaux ou un dispositif de broyage à billes.

[0016] L’étape S2 peut être une étape de séparation chimique d’une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange. L’étape S2 peut être réalisée au moyen d’une dissolution d’une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange. La dissolution d’une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange peut être réalisée par la mise en contact du premier mélange avec une solution aqueuse alcaline. La solution aqueuse alcaline peut être une solution aqueuse alcaline comprenant des ions hydroxyde. La solution aqueuse alcaline peut comprendre de l’hydroxyde de sodium, de l’hydroxyde de calcium ou de l’hydroxyde de potassium. La solution aqueuse alcaline peut être une solution aqueuse alcaline à base de soude, la proportion massique de soude pouvant être comprise entre 3 et 25%, en particulier entre 5 et 15 %, de préférence entre 6 et 10 %, plus particulièrement encore 8 %. L’étape S2 peut être réalisée à une température comprise entre 50 et 150 °C, de préférence entre 70 et 100 °C. Plus particulièrement, l’étape S2 peut être réalisée, dans certains cas, à une température comprise entre 70 et 90 °C ou, dans certains autres cas, à une température comprise entre 80°C et 100°C. L’étape S2 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 40 et 240 minutes, de préférence entre 40 et 90 minutes, plus particulièrement durant 90 minutes. Dans certains cas, l’étape S2 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 15 et 240 minutes, de préférence entre 20 et 60 minutes, plus particulièrement durant 30 minutes. La solution aqueuse alcaline peut comprendre en outre un catalyseur de transfert de phase. Le catalyseur de transfert de phase peut être un ammonium quaternaire, comme le benzyltributylammonium chloride, le bromure de méthyltrioctylammonium ou leurs mélanges, en particulier le benzyltributylammonium chloride . La proportion massique de catalyseur de transfert de phase peut être comprise entre 0,1 et 2 %, en particulier entre 0,5% et 2 %. Plus particulièrement, la proportion massique de catalyseur de transfert peut être, dans certains cas, de 0,7% ou, dans certains autres cas, entre 1 et 2 %, de préférence entre 1 ,25 et 1 ,75 %, plus particulièrement être de 1 ,61 %.

[0017] Le procédé peut comprendre en outre une étape S2’ de décoloration des déchets textile, l’étape de décoloration pouvant être antérieure à l’étape S2 ou postérieure à l’étape S3.

[0018] Le procédé peut comprendre en outre une deuxième étape S1’ de broyage du deuxième mélange, la deuxième étape de broyage pouvant être postérieure à l’étape S3.

[0019] La phase solide comprenant les fibres de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S3 peut comprendre une proportion massique de matière autre que les fibres de celluloses broyées inférieure à 8 %, de préférence inférieure à 5 %, plus particulièrement inférieure à 2 %.

[0020] L’étape S5 peut être réalisée au moyen d’un filtre comprenant des pores dont la taille est comprise entre 5 et 100 pm. En particulier la taille des pores peut être comprise, dans certains cas, entre 10 et 50 pm, plus particulièrement être de 19 pm ou, dans certains autres cas, entre 6 et 60 pm, plus particulièrement être de 6 pm.

[0021] L’étape S4 peut comprendre :

- une étape S4-11 de mise en contact de la phase solide comprenant les fibres de cellulose avec une solution aqueuse alcaline comprenant de la soude afin d’obtenir une phase solide de fibres de cellulose alcaline,

- une étape S4-12 de pressage de la phase solide de fibres de cellulose alcaline afin d’éliminer l’excès de solution alcaline, et d’obtenir une phase solide compacte de fibres de cellulose alcaline,

- une étape S4-13 de broyage de la phase solide de fibres de cellulose alcaline obtenue à l’issu de l’étape S4-12, afin d’obtenir une phase solide de fibres de cellulose alcaline moins compacte que la phase solide obtenue à l’issue de l’étape S4-12,

- une étape S4-14 de vieillissement de la phase solide comprenant les fibres de cellulose alcaline obtenues à l’issu de l’étape S4-13,

- une étape S4-15 de mise en contact de la phase solide de fibres de cellulose alcaline vieillie avec du disulfure de carbone afin d’obtenir une phase solide de fibres de xanthate de cellulose,

- une étape S4-16 de mise en contact de la phase solide de fibres de xanthate de cellulose avec une solution aqueuse alcaline comprenant de la soude afin d’obtenir une pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes, et

- une étape S4-17 de maturation de la pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes. Le procédé peut comprendre en outre une étape S6 de filage, l’étape de filage étant réalisée par filage humide.

[0022] Les fibres et les résidus broyés du premier mélange ou les fibres de cellulose de la phase solide comprenant les fibres de cellulose peuvent avoir une taille inférieure à 1 mm. L’étape S4 peut comprendre :

- une étape S4-21 de mise en contact de la phase solide comprenant les fibres de cellulose avec une solution aqueuse comprenant du N-oxyde de N-méthylmorpholine (NMMO),

- une étape S4-22 d’évaporation de l’eau contenue dans la solution aqueuse comprenant du (NMMO) et la phase solide comprenant les fibres de cellulose.

Le procédé peut comprendre en outre une étape S6 de filage, l’étape de filage étant réalisée par filage humide à jet sec.

[0023] La pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S5 peut présenter une viscosité supérieure ou égale à 2 Pa.s.

Brève description des dessins

[0024] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :

[0025] La figure 1 montre schématiquement un diagramme décrivant les étapes du procédé selon la présente invention pour la conversion des déchets textiles en une pâte de cellulose.

[0026] La figure 2 montre un diagramme ternaire dont les axes représentent respectivement, la proportion massique d’eau, la proportion massique de cellulose et la proportion massique de NMMO ainsi que l’évolution de ces proportions lors de la mise en oeuvre du procédé lyocell.

Définitions

[0027] Dans la présente invention, le terme « pâte de cellulose » est compris comme étant la traduction anglaise de « cellulose dope ». La « cellulose dope » est un matériau de l’état de l’art connu par l’homme du métier. C'est typiquement une solution visqueuse comprenant des molécules de cellulose ou des molécules dérivées de la cellulose dissoutes dans un solvant et qui est dépourvue de fibres de cellulose. Ainsi, il est possible pour l’homme du métier de comprendre sans ambiguïté à quoi fait référence le terme « pâte de cellulose ». En particulier, l'homme du métier sait que la « pâte à dissoudre » (« celluosic dissolving pulp » selon la terminologie anglaise), décrite par exemple dans WO 2021/181007, n'est pas une « pâte de cellulose ». En effet, la « pâte à dissoudre » est un matériau qui ne coule pas et qui comprend des fibres de cellulose entrelacées. [0028] Par déchets textiles, il est compris tout type de textiles provenant de deux sources principales, les déchets textiles neufs et les chutes de production provenant de l’industrie du textile et les textiles usagés provenant des ménages ou des entreprises. Ces textiles peuvent être tout type de textiles, par exemple, du linge d’habillement, du linge de maison ou encore des chiffons. Les déchets textiles tels qu’ils sont compris dans la présente invention comprennent généralement des composants non filamenteux, par exemple des pigments colorants, et des composants non fibreux, par exemple des boutons ou des étiquettes.

Description des modes de réalisation

[0029] La présente invention concerne un procédé de préparation de pâte de cellulose à partir de déchets textiles comprenant des fibres de cellulose dans une proportion massique supérieure à 50 %, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- S1 le broyage des déchets textiles afin d’obtenir un premier mélange de fibres et de résidus broyés,

- S2 la séparation d’au moins une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange afin d’obtenir un deuxième mélange dont la proportion massique de fibres de cellulose est supérieure à la proportion massique de fibres de cellulose du premier mélange,

- S3 la filtration du deuxième mélange afin de récupérer une phase solide comprenant les fibres de cellulose,

- S4 la dissolution des fibres de cellulose de la phase solide pour obtenir une pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes et,

- S5 la filtration de la pâte de cellulose afin d’obtenir une pâte de cellulose séparée des particules non dissoutes.

[0030] Les déchets textiles se caractérisent ainsi par une proportion massique en fibres de cellulose pouvant varier dans un grand intervalle. Le procédé selon la présente invention présente ainsi l’avantage de pouvoir être appliqué à un grand nombre de déchets textiles dont la proportion massique globale en fibres de cellulose est comprise dans l’intervalle mentionné ci-dessus. Cela permet ainsi d’éviter un tri préalable au procédé qui est nécessaire dans les procédés antérieurs afin de récupérer uniquement les déchets textiles comprenant une très forte proportion massique en fibres de cellulose.

[0031] Les déchets textiles selon la présente invention peuvent comprendre des fibres de cellulose dans une proportion massique inférieure à 85 %, voire inférieure à 80%.

[0032] De manière générale, les fibres de cellulose proviennent principalement du coton utilisé dans la fabrication du textile. Elles peuvent venir d’autres matières, telles que la viscose ou le lyocell. [0033] Les déchets textiles peuvent comprendre des fibres de cellulose, des fibres de polyester et d’autres types de fibres synthétiques. Les déchets textiles peuvent également comprendre des parties non fibreuses (boutons, fermetures, éléments décoratifs par exemple).

[0034] Le polyester est une famille de polymères dont les motifs de répétition de la chaîne contiennent la fonction ester (-C(O)-O-). Il est généralement mélangé avec des fibres de cellulose afin d’améliorer la qualité du textile. En effet, les textiles à base de fibres de cellulose et de fibres de polyester présentent les avantages des deux types de fibres tout en réduisant leurs inconvénients respectifs. Les exemples de polyester les plus couramment utilisés sont les copolyesters semi-aromatiques comme le poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), les copolymères d'acide téréphtalique et d'éthylène glycol. L’homme du métier saura déterminer quels sont les polymères appartenant à la famille des polyesters.

[0035] Les fibres synthétiques autres que les fibres de polyester sont des fibres produites à partir de matériaux synthétiques. Ces matériaux synthétiques sont presque exclusivement des produits obtenus à partir d’hydrocarbures. Les fibres synthétiques autres que les fibres de polyester peuvent notamment être des fibres de polyamide, des chlorofibres, des fibres acryliques, des fibres vinyliques, de l’élasthanne, des fibres d’aramide ou des fibres de polyéthylène.

[0036] Il est maintenant fait référence à la figure 1 . La figure 1 montre schématiquement un diagramme décrivant les étapes du procédé selon la présente invention afin de préparer une pâte de cellulose à partir de déchets textiles. Les étapes, y compris les étapes optionnelles, seront décrites dans l’ordre de réalisation.

[0037] Le procédé de préparation de pâte de cellulose peut comprendre en outre une étape S0 de délissage des déchets textiles antérieure ou simultanée à l’étape S1.

[0038] L’étape de délissage consiste notamment à enlever les coutures et autres accessoires, par exemple les boutons ou les fermetures éclairs, des déchets textiles. Cette étape a comme avantage de retirer des déchets textiles les composants non-filamenteux. Cette étape de délissage peut être réalisée à la main ou de manière automatique au moyen d’un dispositif de délissage.

[0039] Selon un mode de réalisation, l’étape S0 de délissage est réalisée au moyen d’une effilocheuse, telle qu’une machine de type Laroche Cadette ou Laroche ExeL

[0040] Etape S1 de broyage :

[0041] Selon l’invention, l’étape S1 de broyage comprend le broyage des déchets textiles afin d’obtenir un premier mélange de fibres et de résidus broyés. [0042] L’étape S1 de broyage permet notamment de broyer les déchets textiles en poudre et/ou en filaments. Il apparaît que le broyage préalable des déchets textiles améliore in fine la qualité de la pâte de cellulose. Après l’étape S1 , on récupère un premier mélange de fibres et de résidus broyés, sous la forme de poudre et/ou de filaments.

[0043] L’étape S1 peut être réalisée au moyen d’un dispositif de broyage tel qu’un dispositif de broyage à couteaux ou un dispositif de broyage avec billes.

[0044] De tels dispositifs sont particulièrement adaptés au broyage de matériaux fibreux comme les déchets textiles. Ces deux types de broyeurs permettent notamment un très bon contrôle de la finesse du broyage.

[0045] Le premier mélange de fibres et de résidus broyés peut en outre être lavé, par exemple avec de l’eau.

[0046] Etape S2 de séparation :

[0047] Selon l’invention, l’étape S2 de séparation comprend la séparation d’au moins une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange afin d’obtenir un deuxième mélange dont la proportion massique de fibres de cellulose est supérieure à la proportion massique de fibres de cellulose du premier mélange.

[0048] Cette étape permet ainsi de récupérer un deuxième mélange dont la proportion en fibres non-cellulosiques est réduite. Cette étape présente l’avantage de séparer partiellement les fibres de cellulose des autres constituants des déchets textiles. Les fibres qui seront assujetties au traitement permettant de préparer la pâte de cellulose sont ainsi plus concentrées en cellulose, conduisant donc à la préparation d’une pâte de cellulose de meilleure qualité.

[0049] L’étape S2 peut être une étape de séparation chimique d’une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange.

[0050] Par étape de séparation chimique, il est compris une étape de séparation qui utilise un mécanisme de séparation chimique, dans laquelle, un élément est séparé par conversion de celui-ci en un ou plusieurs autres éléments avec généralement un changement d’état. Une séparation chimique présente l’avantage par rapport à une séparation mécanique d’être plus efficace et de moins détériorer les fibres de cellulose. En effet, une étape de séparation mécanique est peu adaptée aux déchets textiles dont les fibres de cellulose et les fibres synthétiques sont fortement mélangés, notamment quand celles-ci sont filées ou tissées ensemble. Ainsi, une étape de séparation chimique permet de sélectivement séparer un élément des déchets textiles par rapport aux autres éléments au moyen des différentes propriétés chimiques des différents éléments. [0051] Selon un mode de réalisation, l’étape S2 est réalisée au moyen d’une dissolution d’une partie des composants non-cellulosiques du premier mélange.

[0052] Cette étape de dissolution permet notamment de produire un deuxième mélange comprenant une phase solide composé des fibres de cellulose et de fibres non- cellulosiques non dissoutes et d’une phase liquide comprenant des fibres non-cellulosiques dissoutes. La dissolution d’une partie des composants non-cellulosiques permet notamment une séparation plus efficace car les composants non-cellulosiques dissouts sont dans une phase différente de celle des fibres de cellulose.

[0053] Selon un mode de réalisation, la dissolution d’une partie des composants non- cellulosiques du premier mélange est réalisée par la mise en contact du premier mélange avec une solution aqueuse alcaline.

[0054] Une solution aqueuse alcaline permet notamment l’extraction des fibres de polyester du premier mélange. En effet le contact des fibres avec la solution aqueuse alcaline a comme conséquence de dissoudre le polyester et de le dépolymériser. En particulier, le PET se dépolymérise sous l’action d’une solution aqueuse alcaline afin de produire les monomères qui le constituent : l’acide téréphtalique et l’éthylène glycol. L’action de la solution aqueuse alcaline sur le premier mélange permet de produire une phase liquide composée de la solution aqueuse alcaline, d’acide téréphtalique et d’éthylène glycol et une phase solide composée de fibres de cellulose et de fibres non-cellulosiques non dissoutes. Généralement, à l’issue de cette étape, 90 à 100 % massique de la quantité de polyester sont retirés, de préférence 100 %.

[0055] La solution aqueuse alcaline peut être une solution aqueuse alcaline comprenant des ions hydroxyde.

[0056] Auquel cas, la solution aqueuse alcaline peut comprendre de l’hydroxyde de sodium, de l’hydroxyde de calcium ou de l’hydroxyde de potassium.

[0057] L’hydroxyde de sodium, l’hydroxyde de calcium et l’hydroxyde de potassium sont des bases fortes. Ils permettent ainsi de dissoudre le polyester, notamment le PET, dans sa quasi-totalité, voire totalité. Ainsi, la phase solide composée de fibres de cellulose et de fibres non-cellulosiques non-dissoutes est exempte de polyester, notamment de PET.

[0058] La concentration molaire de bases fortes dans la solution aqueuse peut être comprise entre 1 ,25 et 3,75 mol/L, de préférence entre 1 ,5 et 2,5 mol/L plus particulièrement être, dans certains cas, de 2 mol/L ou, dans certains autres cas, de 2,5mol/L.

[0059] La solution aqueuse alcaline peut être une solution aqueuse alcaline à base d’hydroxyde de sodium. La proportion massique d’hydroxyde de sodium peut être comprise entre 5 et 15 %, de préférence comprise entre 6 et 10 %, plus particulièrement être, dans certains cas, de 8 % ou, dans certains autres cas, de 10%.

[0060] La quantité de solution aqueuse alcaline sera choisie en fonction de la quantité de fibres et de résidus broyés. Plus la quantité de fibres et de résidus broyés est importante, plus la quantité de solution aqueuse alcaline sera importante. La proportion massique de base dans la solution aqueuse alcaline est de préférence choisie de telle manière à ce que la base soit en excès par rapport à la masse de PET dans le premier mélange.

[0061] L’étape S2 peut être réalisée à une température comprise entre 50 et 150 °C, de préférence entre 70 et 100 °C. Plus particulièrement, l’étape S2 peut être réalisée, dans certains cas, à une température comprise entre 70 et 90 °C ou, dans certains autres cas, à une température comprise 80°C et 100°C.

[0062] Le chauffage de l’étape S2 peut être réalisée au moyen d’un chauffage à reflux.

[0063] L’étape S2 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 40 et 240 minutes, de préférence 40 et 90 minutes, plus particulièrement durant 90 minutes.

Dans certains cas, l’étape S2 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 15 et 240 minutes, de préférence entre 20 et 60 minutes, plus particulièrement durant 30 minutes.

[0064] La durée de l’étape S2 sera choisie de façon à dissoudre la quasi-totalité, voire totalité des fibres de polyester, notamment de PET. Si la durée est trop courte il est possible qu’une portion conséquente de polyester reste sous forme solide.

[0065] La solution aqueuse alcaline peut en outre comprendre un catalyseur de transfert de phase.

[0066] L’ utilisation d’un catalyseur de transfert phase permet d’accélérer la réaction. Il permet notamment d’accélérer les réactions chimiques transformant une espèce chimique d’une phase de départ à une autre phase, par exemple d’une phase solide à une phase liquide. Les principaux catalyseurs de transfert de phase sont les sels de phosphonium ou d’ammonium quaternaire. L’ajout d’un catalyseur de transfert de phase permet d’améliorer les rendements mais aussi de réduire la dégradation du coton par la base contenue dans la solution aqueuse alcaline.

[0067] Le catalyseur de transfert de phase peut être un ammonium quaternaire, notamment le benzyltributylammonium chloride (BTABC), le bromure de méthyltrioctylammonium (TOMAB) ou leurs mélanges, en particulier le BTABC.

[0068] La concentration molaire du catalyseur de transfert de phase dans la solution aqueuse alcaline peut être comprise entre 0,005 et 0,13 mol/L. En particulier, cette concentration molaire peut être comprise, dans certains cas, entre 0,04 et 0,08 mol/L, de préférence 0,05 et 0,075 mol/L, plus particulièrement être de 0,07 mol/L ou, dans certains autres cas, entre 0,025 et 0,07 mol/L, plus particulièrement être de 0,025 mol/L.

[0069] Par exemple, lorsque le catalyseur est le BTABC, la proportion massique de catalyseur de transfert de phase dans la solution aqueuse alcaline peut être comprise entre 0,1 et 2 %, en particulier entre 0,5% et 2 %. Plus particulièrement, la proportion massique de BTABC peut être, dans certains cas, de 0,7% ou, dans certains autres cas, entre 1 et 2 %, de préférence entre 1 ,25 et 1 ,75 %, plus particulièrement être de 1 ,61 %.

[0070] Le procédé de préparation de pâte de cellulose selon la présente invention peut en outre comprendre une étape S2’ de décoloration des déchets textile, l’étape de décoloration pouvant être antérieure ou postérieure à l’étape S2 de séparation.

[0071] L’étape de décoloration permet de décolorer les déchets textiles, c’est-à-dire de retirer ou de désactiver les composants non filamenteux permettant de colorer les textiles, comme les pigments colorants. L’étape de décoloration permet ainsi d’ajuster la blancheur des fibres du premier mélange ou du deuxième mélange par retrait ou dégradation des colorants.

[0072] L’étape S2’ peut être réalisée au moyen d’une décoloration par oxydation, d’une décoloration par réduction, par traitement acide ou basique ou d’une décoloration enzymatique, de préférence une décoloration par oxydation, par réduction ou par traitement acide ou basique.

[0073] L’étape S2’ peut être réalisée en deux étapes, trois étapes, en quatre étapes ou en cinq étapes.

[0074] Les étapes de l’étape S2’ peuvent être choisies parmi un traitement à l’acide, un traitement à la soude, un traitement au peroxyde d’hydrogène, un traitement à l’ozone et un traitement au dithionite de sodium.

[0075] Le procédé de préparation de pâte de cellulose selon la présente invention peut en outre comprendre une deuxième étape S1’ de broyage du deuxième mélange, la deuxième étape de broyage étant postérieure à l’étape S3.

[0076] Cette deuxième étape de broyage du deuxième mélange permet d’ajuster la finesse de broyage de la phase solide notamment afin que l’étape S4 de dissolution soit plus facile à effectuer. Cette étape est réalisée à la suite de l’étape S3 de filtration. Dans le cas où le procédé comprend une étape S2’ de décoloration postérieure à l’étape S2, l’étape S1’ de broyage est de préférence réalisée à la suite de l’étape S2’ de décoloration. [0077] L’étape S1 ’ peut être réalisée au moyen d’un dispositif de broyage tel qu’un dispositif de broyage à couteaux ou un dispositif de broyage avec billes.

[0078] Etape S3 de filtration :

[0079] Selon l’invention, l’étape S3 de filtration comprend la filtration du deuxième mélange afin de récupérer une phase solide comprenant entre autres les fibres de cellulose.

[0080] L’étape S3 de filtration permet de séparer la phase solide de la phase liquide du deuxième mélange afin de récupérer la phase solide plus concentrée en fibres de cellulose.

[0081] L’étape S3 peut être réalisée au moyen d’un filtre comprenant des pores inférieurs à la finesse de broyage effectué dans l’étape S1 ou S1 ’.

[0082] De préférence, la phase solide comprenant les fibres de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S3 comprend une proportion massique de matière autre que les fibres de cellulose inférieure à 8 %, de préférence inférieure à 5 %, plus particulièrement inférieure à 2 %.

[0083] Ces matières autres que les fibres de cellulose peuvent notamment être du polyamide, de l’élasthanne, de la laine ou encore de la soie. Ces matières ne sont pas dissoutes à l’étape S2 et restent donc dans la phase solide. Ainsi, la proportion massique des matières autres que les fibres de cellulose est très faible, permettant ainsi de préparer une pâte de cellulose de meilleure qualité comprenant peu d’impuretés.

[0084] La phase solide comprenant les fibres de cellulose peut en outre être lavée, par exemple avec une solution aqueuse d’acide acétique. Elle peut ensuite être filtrée puis lavée, par exemple avec de l’eau distillée. Elle peut ensuite être filtrée puis séchée.

[0085] Etape S4 de dissolution :

[0086] Selon l’invention, l’étape S4 de dissolution comprend la dissolution des fibres de cellulose de la phase solide pour obtenir une pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes.

[0087] L’étape S4 de dissolution permet de dissoudre les fibres de cellulose afin de récupérer une pâte de cellulose. La pâte de cellulose comprend des particules non dissoutes, tels que les impuretés mentionnées ci-dessus qui n’ont pas réagies durant l’étape de dissolution et des particules dissoutes. Les impuretés non dissoutes sont petites mais doivent tout de même être éliminées de la pâte de cellulose.

[0088] L’étape de dissolution peut être réalisée de deux manières selon deux procédés connus de l’homme du métier, le procédé « viscose » qui sera décrit dans un premier temps et le procédé « lyocell » qui sera décrit dans un deuxième temps. [0089] Etape S4 de dissolution selon le procédé viscose.

[0090] Selon le procédé viscose, l’étape S4 comprend :

- une étape S4-11 de mise en contact de la phase solide comprenant les fibres de cellulose avec une solution aqueuse alcaline comprenant de la soude afin d’obtenir une phase solide de fibres de cellulose alcaline, appelée mercerisage,

- une étape S4-12 de pressage de la phase solide de fibres de cellulose alcaline afin d’éliminer l’excès de solution alcaline, et d’obtenir une phase solide compacte de fibres de cellulose alcaline, dont la proportion massique en cellulose est de 20 à 40 %, de préférence de 25 % à 35 %, plus particulièrement de 30% environ ,

- une étape S4-13 de broyage de la phase solide de fibres de cellulose alcaline obtenue à l’issu de l’étape S4-12, afin d’obtenir une phase solide de fibres de cellulose alcaline moins compacte, i.e. dont la densité est comprise entre 80 et 180 g/L, que la phase solide obtenue à l’issu de l’étape S4-12,

- une étape S4-14 de vieillissement de la phase solide comprenant les fibres de cellulose alcaline obtenues à l’issu de l’étape S4-13,

- une étape S4-15 de mise en contact de la phase solide de fibres de cellulose alcaline vieillie avec du disulfure de carbone afin d’obtenir une phase solide de fibres de xanthate de cellulose,

- une étape S4-16 de mise en contact de la phase solide de fibres de xanthate de cellulose avec une solution aqueuse alcaline comprenant de la soude afin d’obtenir une pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes, et

- une étape S4-17 de maturation de la pâte de cellulose comprenant des particules non dissoutes.

[0091] L’étape S4-11 permet de faire réagir les fibres de cellulose de la phase solide avec une solution aqueuse alcaline. De préférence, la base contenue dans la solution aqueuse alcaline est forte. Cette étape permet d’imprégner les fibres de cellulose avec la base contenue dans la solution aqueuse alcaline afin de former des fibres de cellulose alcaline qui sont gonflées par rapport aux fibres de cellulose seules.

[0092] La masse de soude peut être choisie de telle manière à ce que la soude soit en excès par rapport à la masse de la phase solide comprenant les fibres de cellulose, ce qui assure un gonflement maximal des fibres de cellulose. La solution aqueuse alcaline de l’étape S4-11 peut être une solution aqueuse alcaline à base de soude avec une proportion massique de soude comprise entre 15 et 25 %.

[0093] L’étape S4-11 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 20 et 60 min à une température comprise entre 30 et 50 °C. [0094] La solution est pressée à l’étape S4-12 afin d’éliminer l’excédent de soude et broyée à l’étape S4-13. Les fibres de cellulose alcaline sont ensuite vieillies sous atmosphère d’oxygène à l’étape S4-14, par exemple pendant 3h40 ou, dans certains cas, pendant 15h30.

[0095] Dans l’étape S4-15, les fibres de cellulose alcaline sont traitées par la mise en contact de celles-ci avec du disulfure de carbone afin de former des fibres de xanthate de cellulose.

[0096] La masse de disulfure de carbone peut avoir impact sur la dissolution des fibres de cellulose. Il est préférable que celle-ci soit au moins égale à 30% de la masse initiale de la phase solide comprenant les fibres de cellulose. Le ratio massique du disulfure de carbone par rapport aux fibres de cellulose alcaline est de préférence compris entre 0.2 et 0.5.

[0097] La durée de l’étape S4-15 a un impact sur la conversion des fibres de xanthate de cellulose. Elle est donc choisie de manière à ce que la conversion des fibres de cellulose en fibres de xanthate de cellulose soit importante. Le nombre gamma des fibres de xanthate de cellulose est compris entre 25 et 50 %, de préférence entre 30 et 45%. La température a elle aussi un impact sur la conversion des fibres de cellulose alcaline en fibres de xanthate de cellulose. La température est choisie de telle manière à ce que le disulfure de carbone soit présent sous forme gazeuse lors de l'étape S4-15. . Ainsi, l’étape S4-15 peut être réalisée durant un intervalle de temps compris entre 100 et 200 min à une température comprise entre 25 et 50°C, en particulier entre 25 et 35°C. Ces conditions opératoires sont adaptées à la réalisation de l'étape S4-15 sous vide.

[0098] L’étape S4-16 permet de dissoudre les fibres de xanthate de cellulose par la mise en contact avec une solution aqueuse alcaline. Le xanthate de cellulose est alors présent sous la forme d’une pâte visqueuse, dite pâte de cellulose. Cette pâte de cellulose contient aussi des impuretés dissoutes et non dissoutes comme mentionné ci-dessus.

[0099] Selon un mode de réalisation, la solution aqueuse alcaline de l’étape S4-16 est une solution aqueuse alcaline à base de soude avec une proportion massique de soude comprise entre 2 et 15% en particulier entre 5 et 15 %.

[0100] La dissolution des fibres de xanthate de cellulose se fait par mise en contact et mélange du xanthate de cellulose avec une base. L’homme du métier saura ajuster la concentration de base afin d’obtenir une pâte de cellulose comprenant une proportion massique de cellulose comprise entre 5 et 12 % et une proportion massique de base entre 2 et 8%, en particulier entre 4 et 6 %. De préférence, la base est choisie comme étant la soude. [0101] Selon un mode de réalisation, l’étape S4-16 est réalisée durant un intervalle de temps compris entre 150 et 200 min à une température comprise entre 0 et 10 °C.

[0102] Dans l’étape S4-17, la pâte de cellulose est laissée à reposer après l’étape S4-16, par exemple pendant 16 h.

[0103] Etape S4 de dissolution selon le procédé lyocell.

[0104] Dans le cas où l’étape S4 de dissolution est réalisée selon le procédé lyocell, il est nécessaire que durant l’étape S1 de broyage ou après l’étape S1’ de broyage si celle-ci est réalisée, que les déchets textiles soient broyés d’une telle manière à ce que le premier mélange de fibres et résidus broyés ou les fibres du deuxième mélange lorsque l’étape S1’ de broyage est réalisée aient une taille inférieure à 1 mm.

[0105] Dans un tel cas, l’étape S4 comprend :

- une étape S4-21 de mise en contact de la phase solide comprenant les fibres de cellulose avec une solution aqueuse comprenant du N-oxyde de N-méthylmorpholine (NMMO),

- une étape S4-22 d’évaporation d’une partie de l’eau contenue dans la solution aqueuse comprenant du NMMO et de la cellulose afin de dissoudre la cellulose et d’obtenir une pâte de cellulose.

[0106] L’étape S4-21 permet de disperser les fibres de cellulose par la mise en contact avec une solution aqueuse comprenant du NMMO afin d’obtenir une solution comprenant de l’eau, du NMMO et de la cellulose ainsi que les impuretés, et de faciliter la réaction suivante.

[0107] La proportion massique de NMMO sera de préférence choisie de sorte à se placer proche de la zone de dissolution possible de la cellulose dans le NMMO. La proportion massique de NMMO dans la solution aqueuse est de préférence comprise entre 60 et 90 %, de préférence entre 70 et 80%, plus particulièrement 76%.

[0108] L’étape S4-22 permet d’évaporer l’eau de la solution aqueuse comprenant du NMMO et ainsi de dissoudre la cellulose. Après évaporation de l’eau on obtient une pâte de cellulose comprenant des impuretés dissoutes et non dissoutes comme mentionné ci- dessus.

[0109] La figure 2 montre un diagramme ternaire dont les axes représentent respectivement, la proportion massique d’eau, la proportion massique de cellulose et la proportion massique de NMMO ainsi que l’évolution de ces proportions lors de la mise en oeuvre du procédé lyocell.

[0110] La zone hachurée représente la région de dissolution de la cellulose dans le NMMO. Le point a) représente le mélange comprenant les fibres de cellulose et d’eau avant dissolution. En diminuant la quantité d’eau, le mélange se déplace vers le point b) compris dans la région de dissolution afin de dissoudre la cellulose. Durant la dissolution de la cellulose, la quantité de NMMO diminue jusqu’à atteindre le point c) où le NMMO a complètement réagi avec la cellulose. Le mélange au point c) comprend ainsi de l’eau et de la cellulose. L’étape d’évaporation S4-22 permet d’évaporer l’eau afin de concentrer la cellulose jusqu’à atteindre le point d).

[0111] La pâte possède une viscosité différente en fonction de l’étape S4 qui est effectuée. Lorsqu’elle est obtenue à l’issue de l’étape S4-22, elle présente une viscosité bien plus importante qu’à l’issue de l’étape S4-17.

[0112] Etape S5 de filtration :

[0113] Selon l’invention, l’étape S5 comprend la filtration de la pâte de cellulose afin d’obtenir une pâte de cellulose séparée des particules non dissoutes.

[0114] L’étape S5 de filtration permet de filtrer la pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S4 de dissolution afin de récupérer une pâte de cellulose comprenant de la cellulose sous forme de pâte et des impuretés dissoutes. Les impuretés non-dissoutes sont ainsi séparées de la pâte de cellulose permettant d’obtenir une pâte de cellulose de meilleure qualité. La pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S5 contient encore des impuretés dissoutes à l’état de traces.

[0115] L’étape S5 peut être notamment réalisée au moyen d’un filtre au travers duquel la pâte de cellulose est passée. Le filtre peut comprendre des pores dont la taille est comprise entre 5 et 100 pm, en particulier entre 5 et 54 pm, de préférence entre 10 et 50 pm, plus particulièrement de 19 pm ou, dans certains cas, de 6 pm. Une telle taille de pores correspond, en taille de mesh, à une taille de mesh comprise entre 150 et 3000 mesh, en particulier entre 270 et 3000 mesh, de préférence comprise entre 300 et 1500, plus particulièrement de 789 mesh ou, dans certains cas, de 2500 mesh.

[0116] De préférence, ce filtre est un filtre métallique, notamment formé de fils métalliques tissés, et les pores ont une géométrie de forme carré. La taille des pores correspond ainsi au côté du pore de forme carrée. Une telle finesse des pores du filtre permet avantageusement d’éliminer la quasi-totalité des impuretés non-dissoutes de la pâte de cellulose. Avantageusement, la pâte de cellulose obtenue est de meilleure qualité.

[0117] Lorsque la pâte de cellulose est obtenue à l’issue de l’étape S4-22 sa viscosité est plus importante. Il peut être utile de chauffer la pâte de cellulose et d’appliquer une pression afin de faciliter le passage de la pâte de cellulose au travers du filtre. [0118] De préférence, la pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S5 présente une viscosité supérieure à 2 Pa.s.

[0119] Lorsque la pâte de cellulose est obtenue selon le procédé viscose, la viscosité peut être mesurée selon la norme ISO 12058-1 :2018, en utilisant une bille en acier présentant un diamètre de 14mm, un chronomètre, et en se plaçant à une température de 20°C.

[0120] Lorsque la pâte de cellulose est obtenue selon le procédé lyocell, la viscosité peut être mesurée selon la norme ISO 6721-10:2015 par rhéométrie oscillatoire, en utilisant une géométrie plateau-plateau avec des plateaux présentant un diamètre de 25 mm, avec une valeur de fente de 1 mm, en se plaçant à 90°C et en choisissant une traction de 0,5 %.

[0121] Lorsque la pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S5 a été préalablement dissoute selon le procédé viscose, le procédé de préparation de pâte de cellulose peut en outre comprendre une étape S6 de filage, l’étape de filage étant réalisée par filage humide.

[0122] Selon un mode de réalisation, lorsque la pâte de cellulose obtenue à l’issue de l’étape S5 a été préalablement dissoute selon le procédé lyocell, le procédé de préparation de pâte de cellulose peut en outre comprendre une étape S6 de filage, l’étape de filage étant réalisée par filage humide à jet sec.

[0123] Le filage est une technique classique permettant de former des filaments de polymère. Cette technique est connue de l’homme du métier tout comme ses deux variantes, le filage humide et le filage humide à jet sec.

[0124] Le filage consiste en l’extrusion de la solution de polymère aussi appelée « dope » en anglais. L’extrusion est réalisée au travers d’une filière composée de capillaires. Lorsque la température de fusion du polymère est plus haute que sa température de dégradation, le polymère doit subir une technique de filage en solution aussi appelée filage humide pour permettre la formation des fibres. Dans le cas où la technique utilisée est le filage humide, la solution de polymère est directement extrudée dans un bain de coagulation tandis que, dans le cas du filage humide à jet sec, la solution de polymère est extrudée dans une chambre d’évaporation avant d’être immergée dans le bain de coagulation.

[0125] Il est aussi possible de recréer des fibres à partir de la pâte de cellulose préparée selon le procédé de la présente invention d’une autre manière, notamment par revêtement (« coating » en anglais).

Exemples

[0126] Exemple 1 a : préparation d’une pâte de cellulose avec une étape de dissolution suivant le procédé viscose. F01271 Etape S1 de broyage : 20 g de déchets textiles comprenant une proportion de massique fibres de cellulose de 60 % sont placés dans un dispositif de broyage à couteaux. Les déchets textiles sont broyés de sorte à récupérer un premier mélange de fibres et de résidus broyés avec une taille inférieure à 2 cm.

F01281 Etape S2 de séparation : 20 g du mélange de fibres et de résidus broyés sont introduits dans une solution aqueuse de 2 kg comprenant 8 % en masse de soude et 1 ,61 % en masse de BTABC préalablement chauffée à 90 °C. La solution est maintenue à 90 °C pendant 1 ,5 h et agitée à 100 tr/min.

[01291 Etape S3 de filtration : la solution est filtrée pour récupérer la phase solide comprenant les fibres de cellulose. La phase solide est lavée dans un bain d’acide acétique à 2% en poids pendant 10 min. La solution est ensuite filtrée pour récupérer la phase solide comprenant les fibres de cellulose. La phase solide est lavée dans un bain d’eau distillée pendant 10 min. La solution est filtrée pour récupérer la phase solide comprenant les fibres de cellulose puis séchée dans un four à 105 °C.

[0130] Etape S4 de dissolution :

[0131] Etape S4-11 : 3q de phase solide comprenant les fibres de cellulose sont introduits dans une solution aqueuse de 100g comprenant une proportion massique de 18 % en soude préalablement chauffée à 40 °C. La solution est maintenue à 40 °C durant 40 min tout en agitant la solution à 100 tr/min.

[0132] Etape S4-12 : La solution est pressée afin d’enlever l’excédent de soude jusqu’à récupérer 9 g de fibres de cellulose alcaline.

[01331 Etape S4-13 Les fibres de cellulose alcaline sont broyées.

[01341 Etape S4-14 : Elles sont ensuite laissées à vieillir à 50 °C en présence d’oxygène durant 3h40.

[0135] Etape S4-15 : Les fibres de cellulose alcaline sont placées dans un réacteur fermé sous hotte à 32 °C. 3g de disulfure de carbone sont introduits dans le réacteur. Le réacteur est mis sous vide et laissé à reposer durant 2,5 h afin de former des fibres de xanthate de cellulose.

[0136] Etape S4-16 : 18q d’une solution aqueuse comprenant 8 % en masse de soude sont introduits dans le réacteur. Le réacteur est laissé à reposer durant 10 min. Le contenu du réacteur est mélangé durant 3 h à 5 °C afin de dissoudre les fibres de xanthate de cellulose.

[0137] Etape S4-17 : La pâte de cellulose est ensuite extraite du réacteur et placée sous hotte durant 16 h à température ambiante dans un récipient recouvert d’un film percé. [0138] Etape S5 de filtration : la pâte de cellulose est placée dans un dispositif permettant de filtrer sous pression. Les pores du filtre ont une forme carrée et ont un côté de 19 pm. Une pression de 5 bars est ensuite appliquée afin de faire passer la pâte de cellulose au travers du filtre.

[0139] Exemple 1 b : préparation d’une pâte de cellulose avec une étape de dissolution suivant le procédé viscose.

Le protocole mis en oeuvre dans l'exemple 1a est mis en oeuvre dans l'exemple 1 b avec les modifications suivantes :

Lors de l'étape S2 de séparation : la solution aqueuse est de 400 g et non 2 kg, et la solution est maintenue à 90 °C pendant 40 min et non 1 ,5h.

Lors de l'étape S4-14 : les fibres de cellulose alcaline broyées sont laissées à vieillir à 30°C, et non 50°C, en présence d’oxygène durant 15h30 et non 3h40.

Lors de l'étape S5 de filtration : les pores du filtre ont un côté de 6 pm.

[0140]

[0141] Exemple 2 : préparation d’une pâte de cellulose avec une étape de dissolution suivant le procédé lyocell.

[0142] Sur la base du procédé décrit dans l’exemple 1 b, il est possible de modifier l’étape S4 de dissolution des fibres de cellulose.

[0143] Etape S1 de broyage : Comme dans l’exemple 1.

[0144] Etape S2 de séparation : Comme dans l’exemple 1.

[0145] Etape S3 de filtration : Comme dans l’exemple 1.

[0146] Etape S1 ’ de broyage : La phase solide contenant les fibres de cellulose est broyée à l’aide d’un broyeur à couteaux pour obtenir une phase solide comprenant les fibres de cellulose dont la taille est inférieure à 1 mm.

[0147] Etape S4 de dissolution :

[0148] Etape S4-21 : 116 g de solution aqueuse comprenant une proportion massique de 50 % en NMMO est disposée dans une fiole florentine d’un évaporateur rotatif. L’eau est évaporée sous vide à 99 °C de telle manière à enlever 39 g d’eau. 10 g de la phase solide comprenant les fibres de cellulose sont introduits dans la fiole florentine avec 0.26 g de gallate de propyle.

[01491 Etape S4-22 : .Le contenu de la fiole florentine est évaporé sous vide à l’aide de l’évaporateur rotatif de manière à éliminer 15 g d’eau. [0150] Etape S5 de filtration : la pâte de cellulose est placée dans un dispositif permettant de filtrer sous pression tout en ayant préalablement chauffée la pâte de cellulose à 110 °C. Les pores du filtre ont une forme carrée et ont un côté de 19 pm. Une pression de 15 bars est ensuite appliquée afin de faire passer la pâte de cellulose au travers du filtre.

Liste des signes de référence

[0151] - S0 : étape de délissage,

- S1 : étape de broyage,

- ST : étape de broyage,

- S2 : étape de séparation,

- S2’ : étape de décoloration,

- S3 : étape de filtration,

- S4 : étape de dissolution,

- S4-11 : étape de mise en contact avec une solution aqueuse alcaline,

- S4-12 : étape de pressage de la cellulose alcaline

- S4-13 : étape de broyage de la cellulose alcaline

- S4-14 : étape de vieillissement de la cellulose alcaline

- S4-15 : étape de mise en contact avec du disulfure de carbone,

- S4-16 : étape de mise en contact avec une solution aqueuse alcaline,

- S4-17 : étape de maturation de la pâte de cellulose

- S4-21 : étape de mise en contact avec une solution aqueuse de NMMO,

- S4-22 : étape d’évaporation,

- S5 : étape de filtration, et

- S6 : étape de filage.