Recyclage du caoutchouc des pneus par ultrasons 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 et permettre ainsi leur réutilisation. Le recyclage du caoutchouc des pneus par ultrasons est un procédé relativement simple qui a été testé avec succès. La mise à l’échelle linéaire du procédé 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
Le caoutchouc des pneus usagés pose un problème environnemental majeur en raison de sa toxicité et de son caractère non dégradable. Sa structure carbonée réticulée par vulcanisation et sa toxicité font de son élimination une charge pour l’environnement. Les techniques conventionnelles de recyclage du caoutchouc sont peu économiques et peu respectueuses de l’environnement. De plus, le nouveau matériau en caoutchouc produit à partir du caoutchouc recyclé est de qualité médiocre, car les chaînes polymères principales du caoutchouc usagé sont altérées et affaiblies.
Les pneus figurant parmi les sources de déchets les plus problématiques, des méthodes de recyclage respectueuses de l’environnement et économiques sont nécessaires. La pyrolyse et la dévulcanisation sont les procédés de recyclage des pneus les plus performants. Les progrès du recyclage des pneus usagés sont essentiels pour mettre fin à la charge environnementale que représente leur caoutchouc et contribuent à réduire la mise en décharge des pneus.
Le traitement par ultrasons peut intensifier et améliorer ces deux procédés modernes de recyclage des pneus, la pyrolyse et la dévulcanisation.
Système à ultrasons pour la dévulcanisation des déchets de caoutchouc
Bloc d’extrudeuse sur mesure pour coupler la sonication à un élastomère chaud
Dévulcanisation du caoutchouc des pneus par ultrasons
La dévulcanisation par ultrasons rompt les liaisons chimiques soufre-soufre et soufre-carbone qui assurent la réticulation dans les pneus, ce qui produit une masse fondue de caoutchouc souple. Cette masse fondue de caoutchouc obtenue par ultrasons peut être retraitée et moulée pour fabriquer de nouveaux produits en caoutchouc, par exemple de nouveaux pneus. Un avantage majeur de la dévulcanisation par ultrasons est la quantité de chaleur nettement plus faible qu’elle nécessite. Tout d’abord, les morceaux de pneus usagés sont chauffés à environ 400ºF ou 200ºC, puis acheminés par un dispositif d’alimentation à vis à travers une cellule à circulation, où le caoutchouc usagé est soumis à une sonication par ultrasons haute performance sous haute pression. Pendant la dévulcanisation par ultrasons, le caoutchouc passe de son état solide initial à une matière très visqueuse. Une sonication intense rompt rapidement le réseau tridimensionnel des élastomères vulcanisés. Le traitement par ultrasons qui rompt les liaisons chimiques de réticulation ne prend que quelques secondes. La masse fondue de caoutchouc soumise à la sonication peut être renforcée par des agents de réticulation et des charges, puis moulée pour fabriquer de nouveaux produits en caoutchouc.
Valorisation des résidus de pyrolyse par ultrasons
Les résidus de pyrolyse peuvent être valorisés par sonication dans des acides chlorhydrique et fluorhydrique afin d’obtenir du noir de carbone pyrolytique. Le traitement par ultrasons permet de valoriser les résidus de pyrolyse des pneus usagés pour obtenir du noir de carbone commercial à forte valeur ajoutée. Le traitement par ultrasons après pyrolyse améliore ainsi considérablement l’efficacité globale de la pyrolyse des pneus usagés.
Appareils à ultrasons haute performance
Hielscher Ultrasonics est votre partenaire expérimenté pour les procédés à ultrasons haute performance. La dévulcanisation par ultrasons nécessite des processeurs à ultrasons industriels de forte puissance capables de fonctionner dans des conditions de haute pression et de haute température. La production de très grandes amplitudes constitue une autre condition préalable. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent aisément être maintenues en fonctionnement continu 24/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons sur mesure sont disponibles. Les sonotrodes haute pression/haute température de Hielscher sont fabriquées et accordées pour répondre aux conditions exigeantes du procédé de dévulcanisation. Des filières sur mesure permettent d’insérer la sonotrode à ultrasons dans le fourreau de l’extrudeuse. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24/7 sous forte sollicitation et dans des environnements exigeants. Leurs performances élevées et leur fiabilité font des appareils à ultrasons de Hielscher des outils de travail incontournables pour la régénération du caoutchouc !
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :
| Volume par lot | Débit | Appareils 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 |
| s.o. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| s.o. | supérieur | ensemble de UIP16000 |
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Bibliographie/Références
- Hong, Chang-Kook; Isayev, A.I. (2003): Application des ultrasons de forte puissance au recyclage du caoutchouc. The Rubber Society of Korea: Elastomers and Composites Vol 38, Issue 2; 2003. 103-121.
- Walvekar, Rashmi; Mohammad. Afiq, Zulkefly; Ramarad, Suganti; Kalid, Siddiqui (2018): Dévulcanisation du caoutchouc des pneus usagés à l’aide de solvants à base d’amines et d’énergie ultrasonore. MATEC Web of Conferences Vol. 152, 2018.
- Teng-Chien Chen, Yun-Hwei Shen, Wen-Jhy Lee, Chih-Chung Lin, Meng-Wei Wan (2010): Étude du procédé de désulfuration oxydative assistée par ultrasons appliqué à la valorisation de l’huile de pyrolyse des pneus usagés. Journal of Cleaner Production, Volume 18, Issue 18, 2010. 1850-1858.
Informations utiles
Vulcanisation / Dévulcanisation
La vulcanisation est un procédé qui rend le caoutchouc naturel, dont la durabilité et la souplesse sont faibles, plus dur et plus durable. Pour cela, le caoutchouc naturel est chauffé et l’ajout de soufre permet de réticuler les polymères. Lors de la réticulation, les molécules polymères du caoutchouc, appelées polyisoprènes, sont reliées les unes aux autres par des atomes de soufre. La vulcanisation produit ce que l’on appelle du caoutchouc vulcanisé, qui offre des performances et une durabilité supérieures. Le caoutchouc vulcanisé est présent dans les pneus, les tuyaux en caoutchouc, les semelles de chaussures, les jouets, etc.
La dévulcanisation est une technique qui consiste à rompre la structure réticulée, plus précisément les liaisons soufre-soufre et/ou carbone-soufre. Elle peut être réalisée par différentes méthodes, notamment mécanochimiques, chimiques et biologiques, ainsi que par sonication de forte puissance.
Le caoutchouc
Les caoutchoucs sont également appelés élastomères. Le terme « élastomère » 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 désigner le groupe d’élastomères qui doivent être vulcanisés ou réticulés pour être utilisables.
De quoi le caoutchouc des pneus est-il composé ?
Le caoutchouc des pneus, appelé « tire rubber » en anglais américain ou « tyre rubber » en anglais britannique, est composé de plusieurs éléments, notamment de caoutchouc, de charges et d’autres additifs. Il peut être constitué de caoutchouc naturel, fabriqué à partir de la sève de latex sécrétée par l’écorce de l’hévéa, ou de caoutchouc synthétique. Les caoutchoucs synthétiques sont fabriqués à partir du pétrole. Les types de caoutchouc synthétique les plus courants sont le caoutchouc styrène-butadiène (SBR), le caoutchouc polybutadiène et le caoutchouc butyle. Bien que le caoutchouc soit le principal constituant des pneus, des charges et des additifs sont incorporés pour obtenir un matériau mieux adapté à leur fonction. Le noir de carbone et/ou la silice sont des charges très courantes ajoutées pour renforcer le mélange de caoutchouc des pneus. Le noir de carbone et la silice améliorent l’adhérence, rendent les pneus plus résistants aux crevaisons et réduisent leur 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.