Valorisation de Matières Premières Secondaires (MPS) thermoplastiques en mélange issues de tri spectroscopique en ligne - Projet Mélanie

Recovery of thermoplastic Secondary Raw Materials (SRM) in blends derived from spectroscopic industrial sorting - Mélanie Project

• Auteur / Autrice : Charles Signoret
• Direction : Didier Perrin, Patrick Ienny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 03/10/2019
• Etablissement(s) : IMT Mines Alès
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Matériaux des Mines d'Alès (Alès ; 2000-2019) - Centre des Matériaux des Mines d'Alès / C2MA
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Robin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Perrin, Patrick Ienny, Sandrine Thérias, Cyrille Sollogoub, Michel Dumon, Hervé Louche, Anne-Sophie Caro
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sandrine Thérias, Cyrille Sollogoub

Mots clés

Mots clés libres

Matières Premières Secondaires

DEEE

Tri optique

Recyclage

Secondary Raw Materials

WEEE

Optical sorting

Recycling

Résumé

Les travaux de thèse présentés ici ont pour contexte le recyclage mécanique de polymères issus de DEEE (Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques), principalement représentés par les styréniques (HIPS et ABS). Une première partie s’est intéressée à la discrimination de polymères par spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF ou FTIR), l’équivalent statique du MIR-HSI (Imagerie Hyperspectrale en Moyen-Infrarouge) qui pourrait être une réponse au verrou technologique du tri des plastiques sombres. Une quarantaine de références vierges de polymères (certaines vieillies en laboratoire), de charges minérales et de retardateurs de flamme ont été comparés à des gisements réels de DEEE pour établir une méthodologie d’identification, souligner des confusions possibles et mettre en valeur des signaux clefs.La recyclabilité d’ABS et d’HIPS a également été étudiée en reextrudant des échantillons modèles vieillis en conditions naturelles et artificielles à différentes durées. De fortes colorations suivies par photométrie, exclusivement des matières préalablement photooxydées, ont montré une importante réactivité en extrusion des espères formées lors du vieillissement. Les propriétés mécaniques, notamment statique en traction simple, dynamique en choc instrumenté mais également des essais rhéologiques en fondu ont, pour certains illustré la combinaison des deux phénomènes de dégradation.Le dernier aspect de ces travaux a concerné la gestion d’impuretés PP résiduelles au sein d’ABS après tri industriel imparfait. Sur des systèmes modèles, il a été constaté que les propriétés à l’impact commençaient à chuter dès 2% d’impuretés pour atteindre un minimum dès 4%. Des essais de compatibilisation ont permis de sélectionner le PP-g-MA et le SEBS comme agents de compatibilisation intéressants. Une modélisation prédictive des comportements jusqu’à rupture en statique basée sur des analyses morphologiques des mélanges de polymères (MEB et AFM) et des essais de traction instrumentés photomécaniquement a permis d’analyser la sensibilité des propriétés à rupture à la distribution des tailles de nodules de PP inhérente à l’emploi d’un compatibilisant.

PhD works presented here were performed within the context of mechanical recycling of polymers recovered from WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment), mainly represented by styrenic polymers (HIPS and ABS). A first part focused on polymer discrimination thanks to Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FTIR), the static equivalent of MIR-HSI (Mid-Infrared Hyperspectral Imagery) which could represent an answer to the technological obstacle of dark colored plastics sorting. About forty references of virgin polymers (some of them aged in laboratory), mineral fillers and flame retardants were compared to real WEEE waste stocks to establish an identification methodology, to highlight possible confusions and emphasize key signals.Recyclability of ABS and HIPS was studied by extruding model samples aged in both natural and artificial conditions at different durations. Strong discolorations monitored by photometry, exclusively for previously photooxydized materials, showed a strong reactivity during extrusion from species formed during ageing. Mechanical properties, including static ones through tensile tests, dynamic ones in instrumented impact and melted state rheology, showed, for some of them, an interaction between the two degradation phenomena.The last aspect of these works concerned the management of post-sorting residual PP impurities within ABS. With model systems, it was observed that impact properties began to fall at 2w% of impurities to reach a minimum at 4w%. Compatibilization trials lead to the selection of PP-g-MA and SEBS as interesting compatibilizers. Predictive modeling of static behavior towards failure, based on morphological analysis of polymer blends (SEM and AFM) and photomecanically instrumented tensile tests, highlighted the sensitivity of break properties to the distribution of PP nodules sizes under the influence of a compatibilize.