"Procédé et appareil de production d'une masse de caoutchouc fondue" La présente invention est relative à un procédé de production d'une masse de caoutchouc fondue et à un appareil pour sa mise en oeuvre, et plus particulièrement elle concerne un procédé et un appareil pour la production d'une masse de caoutchouc fondue de très haute utilité industrielle, en traitant du caoutchouc à la fois mécaniquement et thermiquement.
Des déchets de caoutchouc, comprenant des pneumatiques
de rebut principalement, posent à l'heure actuelle un problème social sérieux conjointement avec les déchets de matière plastique. Bien que de nombreuses études poussées soient effectuées dans une recherche d'un moyen efficace pour l'élimination ou l'utilisation de tels déchets de caoutchouc, il n'existe toujours pas de procédé efficace et économique pour une utilisation massive de tels déchets de caoutchouc, sauf en les transformant en du caoutchouc de récupération et la grande masse des déchets de caoutchouc est soit enterrée, soit incinérée. Dans de telles conditions, il est désirable de concevoir un procédé et un appareil permettant un recyclage efficace des déchets de caoutchouc, dont la source principale est constituée par les pneumatiques ou bandages de rebut.
Plus récemment, l'attention a été attirée vers un procédé de distillation sèche (tel que proposé dans une publication de
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traitement des déchets de caoutchouc. Suivant ce procédé, du caoutchouc vulcanisé est décomposé thermiquement à 400-900[deg.]C pour le séparer en trois phases, c'est-à-dire du gaz, de l'huile et des résidus solides, dont le gaz et l'huile sont réutilisés en tant que combustible, tandis que les résidus solides sont utilisés en tant que divers types de matières carbonées utilisables ou en tant que combustible cokéfié. Ce procédé a toutefois une faible capacité de débit par rapport à l'important équipement qu'il exige et les frais d'entretien élevés, tandis que la valeur estimée des produits est également réduite. Par conséquent, cette méthode présente un problème économique.
Pour résoudre les problèmes précités, on a proposé un procédé qui est totalement différent dans son principe de ces procédés classiques, c'est-à-dire un procédé dans lequel une extrudeuse à vis est utilisée pour produire une masse de caoutchouc vulcanisée fondue (publication de brevet japonais n[deg.] 43.873/76). L'élément essentiel de ce nouveau procédé est que du caoutchouc vulcanisé est chauffé dans une extrudeuse à vis conjointement avec au moins 25 parties en poids d'une huile lourde ou de la masse de caoutchouc vulcanisé fondue ainsi obtenue, pour 100 parties en
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d'air pour décomposer le caoutchouc vulcanisé. Suivant ce procédé, toutefois, l'huile lourde ou la masse de caoutchouc vulcanisé fondue doit être ajoutée. en une quantité d'au moins 25 parties en poids pour 100 parties en poids du caoutchouc vulcanisé et, par conséquent, des moyens sont nécessaires pour fournir une telle huile lourde ou pour recycler le produit de fusion et, en outre, le débit de caoutchouc vulcanisé est limité.
Les facteurs les plus importants pour faire fondre le caoutchouc à l'aide d'une extrudeuse à vis sont que la masse fondue produite possède une viscosité modérée et que le degré de fusion soit aussi élevé que pratiquement 100%.
Lorsque la viscosité de la masse fondue.est trop élevée, un problème apparaît pour le traitement de la masse fondue lors de -certaines utilisations, tandis qu'un faible degré de fusion, qui signifie l'existence de 'salières non fondues, entraîne un résultat défavorable dans l'utilisation de la masse de caoutchouc fondue.
En particulier quand une telle masse est utilisée en tant qu'agent de composition de caoutchouc , l'existence des matières non fondues peut entratner une détérioration des propriétés physiques.
Préalablement à la présente invention, des études poussées ont été effectuées pour parvenir à une production efficace
et économique d'une masse de caoutchouc fondue en utilisant une extrudeuse à vis sans qu'il soit essentiellement nécessaire de fournir une huile lourde ou de recycler la masse de caoutchouc fondue et il a été découvert en conséquent qu'une fusion efficace du caoutchouc peut être réalisée en faisant fondre et en décomposant le
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dre de 400 à 500 [deg.]C et en refroidissant la masse de caoutchouc fondue résultante à une température qui n'est pas supérieure à 250[deg.]C avant de l'évacuer de l'extrudeuse.
Ainsi, suivant l'invention, on prévoit un procédé de production d'une masse de caoutchouc fondue en faisant fondre et en décomposant un caoutchouc dans une extrudeuse à vis, tout en mainte-
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fondue résultante à une température qui n'est pas supérieure à
250[deg.]C dans la section d'évacuation de la vis.
On prévoit en outre suivant l'invention, un appareil destiné à produire une masse de caoutchouc fondue qui comprend une extrudeuse à via constituée par un cylindre, une vis, une admission et un orifice d'évacuation, cette vis possédant une section d'ali-mentation, une section de compression, une section de décomposition et une section d'évacuation qui sent disposées dans cet ordre à partir du côté d'admission, le cylindre étant constitué par un cylindre de chauffage et un cylindre de refroidissement, le cylindre de chauffage étant situé en correspondance avec les sections d'alimentation, de compression et de décomposition de la vis, tandis que le cylindre de refroidissement est situé en correspondance avec la section d'évacuation de cette vis.
Lorsque le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre en faisant appel à l'appareil suivant l'invention, le caoutchouc fourni vient en contact avec la paroi interne à haute température du cylindre dans la section de décomposition de la vis, de telle sorte que ce caoutchouc est particulièrement réduit à un état hui-
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froidi et condensé dans la section d'évacuation et est évacué conjointement avec la masse fondue. Ainsi, le procédé suivant l'invention est capable de faire fondre efficacement le caoutchouc sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une huila lourde et de même l'émission de gaz à partir de l'extrudeuse est réduite au minimum, ce qui rend possible une exploitation sûre et stable.
.Lorsque le terme "caoutchouc" est utilisé dans le présent brevet, il se réfère à divers genres de caoutchouc à usage général et de caoutchouc spécial qui peut Être soit vulcanisé, soit non vulcanisé. Plus précisément, les caoutchoucs envisagés comprennent des pneumatiques d'automobile, des produits en caoutchouc commerciaux et leurs déchets, du caoutchouc de rebut (soit vulcanisé soit brut) produit dans des installations de travail du caoutchouc, etc.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant au dessin annexé, dont la figure unique est une vue en coupe frontale illustrant schématiquement un' exemple d'appareil utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de fusion de caoutchouc suivant l'invention.
Au dessin, la référence 1 désigna la vis d'une extrudeuse à vis, cette vis 1 possédant une section d'alimentation A, une section de compression B, une section de décomposition C et une section d'évacuation D agencées dans cet ordre à partir du côté d'admission 2 vers l'orifice de sortie 3 de l'extrudeuse. L'assemblage de cylindre 4 également incorporé dans cette extrudeuse à vis est constitué par un cylindre de chauffage 5 situé en correspondance avec les sections d'alimentation, de compression et de décomposition A, B et C de la vis et un cylindre de refroidissement
6 situé en correspondance avec la section d'évacuation D. Le
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zone C2 qui correspond à la section de décomposition C de la vis 1
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est inférieure à 400[deg.]C, il ne se produit pratiquement aucune conversion partielle en huile et en gaz du caoutchouc dans la section de décomposition C, de telle sorte qu'une fusion suffisante devient impossible avec une augmentation du débit, ce qui a pour résultat un faible degré de fusion de la masse fondue obtenue. D'un autre cOté, si la zone C2 est chauffée à une température qui n'est pas inférieure à 500[deg.]C, des carbures à grande dureté sont formés
et se déposent sur la paroi interne du cylindre ou sur la surface de la vis pour provoquer une obstruction, de telle sorte que l'ex- ' ploitation de l'extrudeuse est rendue impossible. La zone C. correspondant à la section d'alimentation A et la section de com-
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concerne le degré de fusion, mais ceci rend l'attaque du caoutchouc plus mauvaise avec pour résultat une réduction du débit. Le cylindre de chauffage 5 peut être chauffé par des moyens électriques
ou en utilisant un agent de chauffage 7.
La commande de température de la masse de caoutchouc fondue à la sortie 3 de l'extrudeuse dans le cylindre de refroidissement 6 est très importante. Si la température de la masse fondue en ce point est supérieure à 250[deg.]C, les composants à bas point d'ébullition peuvent être éjectés conjointement avec la partie non fondue du caoutchouc à partir de l'orifice de sortie de l'extrudeuse, avec pour résultat une augmentation excessive de la viscosité de la masse de caoutchouc fondue et une réduction du degré de fusion. Par conséquent, il est essentiel que la masse de caoutchouc fondue à l'orifice de sortie 3 de l'extrudeuse soit commandée à une température à laquelle les matières à bas point d'ébullition produites dans la section de décomposition C se condensent.
Lorsqu'elles se condensent, la viscosité de la masse de caoutchouc fondue se réduit en conséquence et l'éjection de la matière non fondue est simultanément empêchée, ce qui augmente le degré de fusion. Comme mentionné précédemment, une viscosité excessivement élevée de la masse de caoutchouc fondue est indésirable pour certaines utilisations et du point de vue de l'utilisation efficace de la masse fondue, il est désirable dans la plupart des cas que la viscosité de la masse fondue ne soit pas supérieure à 2.000.000 centipoises. Afin d'augmenter le degré de fusion jusqu' à environ 100% et de maintenir la viscosité de la masse fondue en dessous de ce niveau, il est nécessaire de commander la température
de la masse de caoutchouc fondue à la sortie de l'extrudeuse à
pas plus de 250[deg.]C. Le cylindre de refroidissement 6 peut être refroidi en fournissant de l'eau (ou un autre agent de refroidissement) à la chemise 8 prévue autour du cylindre. Le refroidissement de la section d'évacuation D de la vis 1 peut être effectué conjointement avec un refroidissement, du cylindre de refroidissement
6 ou seule la section d'évacuation D peut être refroidie, sans re froidir le cylindre 6. Dans ce dernier cas, il faut veiller à ne pas refroidir d'autres parties de la vis. Ceci peut être réalisé convenablement en prévoyant des moyens de support à l'extrémité de la vis et en introduisant de l'eau de refroidissement dans la section d'évacuation D de la vis 1 par l'intermédiaire de ces moyens de support. Pour tenir compte de la productivité, il est préférable que la température de la masse de caoutchouc fondue à la sectior d'évacuation soit de 50 à 250[deg.]C,
Lors de la mise en oeuvre pratique de l'invention, du caoutchouc neuf est tout d'abord fourni à l'admission 2 dans la section d'alimentation A de la vis 1 et ensuite transféré à la section de compression B. Cette dernière doit être obturée par
les morceaux de caoutchouc transférés de manière à ne pas permettre un écoulement en retour des matières à bas point d'ébullition à
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vis ordinaires, le petit diamètre de la section de compression est augmenté vers la section de décomposition. Ceci peut permettre l'obturation désirée. Dans le présent cas, toutefois, il est re-commandé d'utiliser un système à charge libre (suivant lequel le caoutchouc est fourni dans l'admission à un taux supérieur à la ca- pacité d'alimentation de la vis) pour effectuer l'alimentation en
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à charge commandée (suivant lequel le caoutchouc est fourni à un débit constant dans une plage inférieure à la capacité d'alimenta-
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ration suffisante pour éviter l'écoulement en retour. La matière caoutchouteuse transférée à partir de la section de compression B vers la section de décomposition C est chauffée à 400-500[deg.]C pour réaliser une décomposition thermique partielle et une distillation sèche pour la formation de matières à bas point d'ébullition. Pour réaliser une fusion parfaite du caoutchouc, il est nécessaire de donner à la section de décomposition C une longueur suffisante, et il est également désirable de prévoir des moyens de cisaillement
C', tels qu'une tête Dulmage ou un anneau sur le cOté d'évacuation de la section de décomposition C pour faire agir une force de cisaillement élevée sur la masse de caoutchouc fondue. Cette dernière est alors transférée vers la section d'évacuation D, conjointement avec des matières à bas point d'ébullition, pour être refroidie suffisamment dans cette section. Par conséquent, les matières à bas point d'ébullition se condensent dans cette section et sont parfaitement mélangées avec la masse de caoutchouc fondue et le mélange fondu est extrudé hors de l'extrudeuse sous une température qui n'est pas supérieure à 250[deg.]C.
La section d'évacuation D doit avoir une longueur suffisante pour permettre à la masse fondue de se refroidir à une température qui n'est pas supérieure à 250[deg.]C et pour permettre aux matières à bas point d'ébullition d'être parfaitement mélangées avec la masse de caoutchouc fondue.
Par conséquent, il est préférable que la longueur de chaque section de la vis soit définie comme suit: en admettant que le diamètre interne du cylindre est d, la longueur de la section d'alimentation A est de 7d à lld, la longueur de la seccion de compression B est de ld à 5d, la longueur de la section dé décomposition C est de lOd � 18d et la longueur de la section d'évacuation
D est de 8d à 14d. Si la longueur de la section d'alimentation A est inférieure à 7d, la capacité d'alimentation est réduite, avec .pour résultat une réduction de la capacité de l'extrudeuse de traiter le caoutchouc et ceci provoque une réduction de la capacité d'évacuation. Si la longueur de la section de compression B est supérieure à 5d, la fusion du caoutchouc est provoquée trop rapidement, de telle sorte que la masse de caoutchouc fondue s'enroule autour de la vis. Ainsi, il est impossible d'augmenter la capacité d'évacuation de masse fondue de la vis même en augmentant le nombre de tours de celle-ci. Si la longueur de la section de décom- <EMI ID=13.1>
suffisamment le caoutchouc. Si la longueur de la section d'évacuation D est inférieure à 8d, le mélange du produit condensé des matières à bas point d'ébullition engendré dans la section de décomposition C avec la masse de caoutchouc fondue devient insuffisant. En particulier, il est préférable dans la section de décomposition C, de prévoir une section de cisaillement C' avec une longueur de 2d à 6d. La longueur totale de la vis est de préférence de
28d à 45d pour tenir compte de l'efficacité de fusion du caoutchouc et du problème de fabrication de la vis.
On peut utiliser comme vis soit une vis unique, soit une vis jumelée. La vis jumelée est préférable étant donné que les sections décalées des vis respectives peuvent racler les résidus solides qui pourraient sans cela se déposer sur la surface de la vis en provoquant une obstruction.
La dimension du caoutchouc à fournir à l'admission n'est pas particulièrement limitée pour autant que ce caoutchouc puisse être fourni dans la section d'alimentation (A) de la vis. Toutefois, le caoutchouc est habituellement broyé jusqu'à une dimension de 2 à 50 mm en diamètre et ensuite fourni à l'admission, bien que la dimension du caoutchouc puisse en général varier suivant la dimension de l'extrudeuse et le type de vis.
Pour obtenir une masse de caoutchouc fondue avec une viscosité encore inférieure, une huile lourde ou la masse de caoutchouc fondue résultante peut être chargée dans l'extrudeuse à vis conjointement avec le caoutchouc à traiter, comme proposé par exemple dans la publication de brevet japonais n[deg.] 43.873/76.
La masse de caoutchouc fondue obtenue suivant l'invention trouve des utilités industrielles dans un large domaine. Par exemple, elle peut être utilisée en tant qu'agent de composition de caoutchouc, comme liant, comme agent colorant pour des produits en caoutchouc et en matière plastique, comme modificateur d'asphalte, comme matière de revêtement, etc.
On a indiqué ci-après les caractéristiques essentielles et les avantages de la présente invention:
1[deg.]) le caoutchouc peut être fondu sans mélange avec une huile lourde ou analogue;
2[deg.]) une masse de caoutchouc fondue peut être produite continuellement et de façon stable en grande quantité en utilisant une extrudeuse à vis;
3[deg.]) le degré de fusion du caoutchouc peut être relevé jusqu'à pratiquement 100%;
4[deg.]) la viscosité de la masse fondue ?. 100[deg.]C peut être maintenue inférieure à 2.000.000 centipoises;
5[deg.]) les frais d'équipement et d'entretien pour le système de traitement sont faibles.
La présente invention sera encore illustrée par les exemples ci-après, donnés simplement à titre d'illustration mais non de limitation.
Exemples 1 - 3 et exemples comparatifs 1 - 6.
Des pneumatiques d'automobile usés (teneur en noir de carbone: 33%) ont été divisés en petits morceaux d'une dimension de 3 à 5 mm en diamètre par un broyeur et chargés dans l'extrudeuse illustrée au dessin annexé. Le diamètre interne du cylindre d'extrudeuse était de 90 mm. En prenant le diamètre interne du cylindre comme égal à d, la longueur totale de la vis est de 40d, la longueur de la section d'alimentation A est de 9d, la longueur de la section de compressiez B 3d, la longueur de la section de décomposition C 16d et la longueur de la section d'évacuation D
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section de 4d est occupée par une tête Dulmage.
Les conditions de fusion et les propriétés des masses fondues obtenues dans les Exemples suivant l'invention et dans les exemples comparatifs (procédés classiques) sont telles qu'indiquées dans le tableau suivant.
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Notée:
1[deg.]) un système à charge libre a été utilisé pour les
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à charge commandée par un dispositif d'alimentation a été utilisé
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2[deg.]) le degré de fusion a été déterminé de la manière suivante: la masse fondue a été dissoute dans du toluène et filtrée à travers une toile métallique à 200 mailles,et le rapport entre la masse fondue ayant traversé cette toile métallique et l'échantillon total a été mesuré. La teneur en noir de carbone a été mesurée suivant la norme JIS-K 6350;
3[deg.]) la viscosité de la masse fondue dans les exemples comparatifs était trop élevée (supérieure à 12.000.000 centipoises) pour une mesure.
4[deg.]) aucune eau de refroidissement n'a été amenée à passer dans la chemise 8 du cylindre de refroidissement 6 de l'extrudeuse utilisée dans ces exemples.
En ce qui concerne les conditions d'exploitation, une éjection de gaz volumineuse et intermittente est apparue en entratnant une situation dangereuse et, par conséquent, la masse fondue
a été évacuée par intervalles dans les exemples comparatifs 1 à 6. D'un autre côté, dans les exemples 1 à 3 suivant l'invention, la production de gaz était faible et la masse fondue a été évacuée continuellement et d'une façon générale une exploitation stable a été possible.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'une masse de caoutchouc fondue en faisant fondre et en décomposant du caoutchouc dans une extrudeuse à vis, caractérisé en ce que la température du cylindre correspondant à la section de décomposition de la vis est maintenue
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pérature ne dépassant pas 250[deg.]C dans la section d'évacuation de cette vis.