Recyclage du caoutchouc des pneus à l'aide d'ultrasons de haute performance
Le caoutchouc des pneus usagés est un matériau toxique et non biodégradable, ce qui fait de son élimination un problème environnemental et économique. La dévulcanisation par ultrasons est une méthode rapide et efficace pour recycler le caoutchouc des pneus usagés, ce qui permet de réutiliser les pneus usagés. Le recyclage du caoutchouc de pneu par ultrasons est un processus relativement simple, qui a été testé avec succès. L'extensibilité linéaire du processus de recyclage des pneus par ultrasons permet de traiter de grands volumes à l'échelle industrielle à des coûts économiques.
Le problème des déchets de caoutchouc
Les déchets de caoutchouc de 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 leur élimination un fardeau pour l'environnement. Les techniques conventionnelles de recyclage du caoutchouc ne sont pas rentables, ne respectent pas l'environnement et le nouveau matériau en caoutchouc produit à partir du caoutchouc recyclé est de mauvaise qualité car les principales chaînes polymériques du caoutchouc usagé sont altérées et affaiblies.
Les pneus faisant partie des sources de déchets les plus problématiques, des méthodes de recyclage économiques et respectueuses de l'environnement sont nécessaires. La pyrolyse et la dévulcanisation sont les processus de recyclage les plus efficaces pour les pneus. Les progrès réalisés dans le domaine du recyclage des pneus usagés sont essentiels pour mettre fin au fardeau environnemental que représente le caoutchouc des pneus et contribuer à réduire la mise en décharge des pneus.
Le traitement par ultrasons peut intensifier et améliorer les deux processus modernes de recyclage des pneus, la pyrolyse et la dévulcanisation.
Système à ultrasons pour la dévulcanisation de déchets de caoutchouc
Bloc d'extrusion personnalisé pour coupler la sonication à l'élastomère chaud
Dévulcanisation ultrasonique du caoutchouc de pneu
La dévulcanisation par ultrasons permet de dissocier les liaisons chimiques soufre-soufre et soufre-carbone dans les pneus, ce qui donne un caoutchouc mou. Ce caoutchouc fondu généré par ultrasons peut être retraité et moulé dans de nouveaux produits en caoutchouc, par exemple de nouveaux pneus. L'un des principaux avantages de la dévulcanisation par ultrasons est la chaleur nettement moins élevée qu'elle requiert. Les pneus usagés sont d'abord chauffés à environ 400 ºF ou 200 ºC, puis introduits par une vis d'alimentation dans une cellule d'écoulement, où le caoutchouc usagé est sonifié avec des ultrasons à haute performance sous haute pression. Au cours de la dévulcanisation ultrasonique, le caoutchouc passe de son état solide antérieur à une matière très visqueuse. Les ultrasons intenses brisent rapidement le réseau tridimensionnel des élastomères vulcanisés. Le traitement ultrasonique de réticulation des liaisons chimiques ne prend que quelques secondes. Le caoutchouc fondu sonifié peut être renforcé par des agents de vulcanisation et des charges et être moulé dans de nouveaux produits en caoutchouc.
Valorisation par ultrasons des résidus pyrolytiques
Les résidus pyrolytiques peuvent être améliorés en les soniquant dans les acides chlorhydrique et fluorhydrique afin d'obtenir du noir de carbone pyrolytique. Le traitement par ultrasons permet de valoriser avec succès les résidus pyrolytiques des pneus usagés en noir de carbone commercial à haute valeur ajoutée. Le traitement post-pyrolyse par ultrasons améliore ainsi considérablement l'efficacité globale de la pyrolyse des pneus usagés.
Ultrasons à haute performance
Hielscher Ultrasonics est votre partenaire expérimenté en matière de procédés ultrasoniques de haute performance. La dévulcanisation par ultrasons nécessite des processeurs ultrasoniques industriels de grande puissance, capables de travailler dans des conditions de pression et de température élevées. Une autre condition préalable est la fourniture d'amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 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 adaptées aux conditions exigeantes du processus de dévulcanisation. Avec des filières personnalisées, le cornet à ultrasons (sonotrode) est inséré dans le cylindre de l'extrudeuse. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles. La haute performance et la fiabilité font des ultrasons 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 ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Littérature/Références
- Hong, Chang-Kook ; Isayev, A.I. (2003) : Application des ultrasons de forte puissance au recyclage du caoutchouc. Société coréenne du caoutchouc : Elastomers and Composites Vol 38, Issue 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'amine et d'énergie ultrasonique. MATEC Web of Conferences Vol. 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010) : L'étude du processus de désulfuration oxydative assistée par ultrasons appliquée à l'utilisation de l'huile pyrolytique provenant de pneus usagés. Journal of Cleaner Production, Volume 18, Issue 18, 2010. 1850-1858.
Qu'il faut savoir
Vulcanisation / Dévulcanisation
Vulcanisation est un procédé qui permet de rendre le caoutchouc naturel, peu durable et peu flexible, plus dur et durable. Le caoutchouc naturel est chauffé et l'ajout de soufre permet de réticuler les polymères. Grâce à 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 vulcanisé, qui offre de meilleures performances et une plus grande durabilité. Le caoutchouc vulcanisé se retrouve dans les pneus, les tuyaux en caoutchouc, les semelles de chaussures, les jouets, etc.
Dévulcanisation est une technique qui consiste à rompre la structure de la réticulation, en particulier les liaisons soufre-soufre et/ou carbone-soufre. Cette opération peut être réalisée par diverses méthodes telles que les méthodes mécano-chimiques, chimiques, biologiques et l'utilisation d'ultrasons à haute puissance.
Caoutchouc
Les caoutchoucs sont également connus sous le nom d'élastomères. Elastomère est l'abréviation de polymère élastique. Les élastomères présentent des caractéristiques viscoélastiques : Ce sont des polymères collants et très élastiques. Le terme caoutchouc est souvent utilisé pour distinguer le groupe des élastomères qui doivent être vulcanisés ou durcis pour être utiles.
De quoi est fait le caoutchouc des pneus ?
Le caoutchouc des pneus (anglais américain) ou tyre rubber (anglais britannique) est constitué de plusieurs composants, dont le caoutchouc, des charges et d'autres additifs. Le caoutchouc des pneus peut être du caoutchouc naturel, fabriqué à partir du latex qui est sécrété par l'écorce de l'hévéa, ou du 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 l'ingrédient principal 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 charges très courantes qui sont ajoutées pour renforcer le composé du pneu. Le noir de carbone et la silice améliorent l'adhérence, rendent les pneus plus résistants aux crevaisons et réduisent la résistance au roulement. Les antioxydants, les antiozonants et les agents antivieillissement sont d'autres additifs qui améliorent la qualité des pneus et prolongent leur durée de vie.