Recyclage du caoutchouc des pneus à l'aide d'ultrasons haute performance
Le problème des déchets de caoutchouc
Les déchets de caoutchouc des pneus posent un problème environnemental important en raison de leur toxicité et de leur non-dégradabilité. Leur structure de carbone réticulé vulcanisé et leur toxicité font de l'élimination une charge pour l'environnement. Les techniques conventionnelles de recyclage du caoutchouc ne sont pas rentables, ni respectueuses de l'environnement. Le nouveau matériau produit à partir du caoutchouc recyclé présente une qualité médiocre, car les principales chaînes polymères des déchets de caoutchouc sont altérées et affaiblies.
Comme les pneus font partie des sources de déchets les plus problématiques, des méthodes écologiques et économiques ou le recyclage sont nécessaires. La pyrolyse et la dévulcanisation sont les procédés de recyclage des pneus les plus efficaces. Les progrès réalisés dans le recyclage des pneus usagés sont essentiels pour mettre un terme à la charge environnementale du caoutchouc des pneus et contribuer à réduire la mise en décharge des pneus.
Le traitement par ultrasons peut intensifier et améliorer à la fois les procédés modernes de recyclage des pneus, la pyrolyse et la dévulcanisation.
Système à ultrasons pour la dévulcanisation des déchets de caoutchouc
Bloc d'extrusion personnalisé pour coupler la sonication à un élastomère chaud
Dévulcanisation ultrasonique du caoutchouc des pneus
Par dévulcanisation ultrasonique, les liaisons chimiques soufre-soufre et soufre-carbone des pneus sont déréticulées, ce qui donne une masse fondue de caoutchouc souple. Ce caoutchouc fondu généré par ultrasons peut être retraité et moulé en nouveaux produits en caoutchouc, par exemple de nouveaux pneus. Un avantage majeur de la dévulcanisation ultrasonique est la chaleur nettement plus faible requise. Les pièces de pneus usagés sont d'abord chauffées à environ 200°C, puis acheminées par une vis d'alimentation à travers une cellule d'écoulement, où le caoutchouc usagé est soniqué à l'aide d'ultrasons à haute performance sous haute pression. Lors de la dévulcanisation par ultrasons, le caoutchouc passe de son état solide précédent à une matière très visqueuse. Les ultrasons intenses brisent rapidement le réseau tridimensionnel des élastomères vulcanisés. Le traitement ultrasonique de la déréticulation des liaisons chimiques ne prend que quelques secondes. Le caoutchouc sonique fondu peut être renforcé avec des agents de durcissement et des charges et être moulé en nouveaux produits en caoutchouc.
Amélioration par ultrasons des résidus pyrolytiques
Les résidus pyrolytiques peuvent être valorisés en les sonisant dans les acides chlorhydrique et fluorhydrique afin d'obtenir du noir de carbone pyrolytique. Le traitement par ultrasons permet de transformer avec succès les résidus pyrolytiques des pneus usagés en noir de carbone commercial à haute valeur ajoutée. Le traitement ultrasonique post-pyrolyse améliore ainsi considérablement l'efficacité globale de la pyrolyse des pneus usagés.
Ultrasons haute performance
Hielscher Ultrasons est votre partenaire expérimenté en matière de procédés ultrasoniques de haute performance. La dévulcanisation par ultrasons nécessite des processeurs ultrasoniques industriels de grande puissance, qui peuvent fonctionner dans des conditions de pression et de température élevées. Une autre condition préalable est la fourniture de très grandes amplitudes. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent facilement être exploitées en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. Les sonotrodes haute pression/ haute température de Hielscher sont fabriquées et réglées pour les conditions exigeantes du processus de dévulcanisation. Grâce à des matrices personnalisées, la corne à ultrasons (sonotrode) est insérée dans le cylindre de l'extrudeuse. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des environnements difficiles. La haute performance et la fiabilité font des ultrasonateurs Hielscher le cheval de bataille de la récupération du caoutchouc !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Littérature / Références
- Hong, Chang-Kook ; Isayev, A.I. (2003) : Application des ultrasons à haute puissance au recyclage du caoutchouc. La Société du caoutchouc de Corée : Elastomères et composites Vol 38, numéro 2 ; 2003. 103-121.
- Walvekar, Rashmi ; Mohammad. Afiq, Zulkefly ; Ramarad, Suganti ; Kalid, Siddiqui (2018) : Dévulcanisation de caoutchouc de pneus usagés à l'aide de solvants à base d'amines et d'énergie ultrasonique. MATEC Web of Conferences Vol. 152, 2018.
Qu'il faut savoir
Vulcanisation / Dévulcanisation
Vulcanisation est un procédé de fabrication du caoutchouc naturel, qui a une faible durabilité et flexibilité, plus dur et plus durable. Le caoutchouc naturel est donc chauffé et, par l'ajout de soufre, on obtient une réticulation entre les polymères. Par la réticulation, les molécules de caoutchouc polymère, appelées polyisoprènes, sont liées les unes aux autres par des atomes de soufre. La vulcanisation permet de produire du caoutchouc dit vulcanisé, qui offre des performances et une durabilité supérieures. Le caoutchouc vulcanisé se trouve dans les pneus, les tuyaux en caoutchouc, les semelles de chaussures, les jouets, etc.
Dévulcanisation est une technique où la structure de la réticulation, en particulier les liaisons soufre-soufre et/ou carbone-soufre, est clivée. Cela peut se faire par diverses méthodes telles que la mécano-chimie, la chimie, la biologie et l'utilisation d'ultrasons de haute puissance.
Caoutchouc
Les caoutchoucs sont également connus sous le nom d'élastomères. Elastomère est une abréviation de polymère élastique. Les élastomères présentent des caractéristiques viscoélastiques : Ce sont des polymères collants et très élastiques. Le terme caoutchouc est fréquemment utilisé pour distinguer le groupe d'élastomères qui doivent être vulcanisés ou durcis pour être utiles.
De quoi sont faits les pneus en caoutchouc ?
La gomme de pneu (en anglais américain) ou le caoutchouc de pneu (en anglais britannique) sont constitués de plusieurs composants, notamment du caoutchouc, des charges et d'autres additifs. Le caoutchouc des pneus peut être constitué de caoutchouc naturel, fabriqué à partir du latex sup, qui est sécrété par l'écorce de l'hévéa, ou de caoutchouc synthétique. Les caoutchoucs synthétiques sont fabriqués à partir du pétrole. Les formes de caoutchouc synthétique les plus courantes sont le caoutchouc styrène-butadiène (SBR), le caoutchouc polybutadiène et le caoutchouc butyle. Alors que le caoutchouc est le principal ingrédient des pneus, des charges et des additifs sont intégrés pour construire un matériau de pneu plus fonctionnel. Le noir de carbone et/ou la silice sont des matières de remplissage très courantes ajoutées pour renforcer le composé du pneu. Le noir de carbone et la silice améliorent l'adhérence, les pneus masculins sont plus résistants aux crevaisons et réduisent la résistance au roulement du pneu. Les antioxydants, les antiozonants et les agents anti-vieillissement sont d'autres additifs qui améliorent la qualité des pneus et en prolongent la durée de vie.