Contribution au recyclage et à la valorisation des matières plastiques issues des déchets d’équipements électriques et électroniques contenant des retardateurs de flamme bromés

Contribution to recovery and recycling of brominated flame retarded plastics materials coming from waste electrical and electronic equipment

• Auteur / Autrice : Layla Gripon
• Direction : Éric Lafranche, Laurent Cauret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Polymères, Matériaux, Science des Matériaux
• Date : Soutenance le 15/12/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMT Lille Douai
• Jury : Président / Présidente : Sophie Duquesne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Richaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Agnès Grandjean, Véronique Montembault

Mots clés

Mots clés libres

Recyclage

Valorisation

Retardateurs de flamme bromés

Déchets d'équipements électriques et électroniques

Polymères

Dépollution

Polluants organiques persistants

Extraction

Recycling

Recovery

Brominated flame retardants

Waste electrical and electronic equipment

Polymers

Remediation

Peristant organic pollutants

Extraction

Résumé

Les retardateurs de flammes bromés (RFB) sont ajoutés aux polymères pour améliorer leur résistance à l’inflammabilité. Mais certains d’entre eux sont aujourd’hui considérés comme polluants organiques persistants (POP). Pour éviter que ces substances se propagent dans les flux de recyclage, les matières plastiques dont la concentration en brome est trop élevée (> 2000 ppm) sont généralement incinérées pour détruire les polluants qu’elles contiennent. L’objectif de ces travaux est de trouver une solution pour recycler la matière plastique contenant des RFB tout en respectant les réglementations. L’étude s’est focalisée sur un lot d’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) issu d’un gisement réel de déchets d’équipements électriques et électroniques qui présente une concentration en POP environ quatre fois supérieure au seuil autorisant le recyclage. Des méthodes de traitement physico-chimiques permettant d’extraire les RFB ont donc été étudiées. Les extractions solides-liquides sous agitation et utilisant l’éther diéthylique ainsi que la dissolution-précipitation de la matière ont permis d’abaisser la concentration en POP sous le seuil réglementaire. Une étude poussée sur l’extraction avec du CO2 supercritique a également été menée et a montré son efficacité pour extraire les RFB mais des optimisations sont encore nécessaires. L’impact environnemental du recyclage de la matière a également été évalué en tenant compte des procédés de pré-traitement étudiés précédemment. L’optimisation de la consommation d’énergie et de solvant est nécessaire pour que le recyclage devienne plus viable que l’incinération. Les propriétés de la matière traitée montrent qu’elle pourrait être facilement recyclable. Elle présente néanmoins une résilience amoindrie qui pourra être améliorée lors d’une étape de formulation. Enfin, une application de cette matière dans une structure bicouche a été proposée afin d’améliorer son esthétisme et ses propriétés mécaniques. De bonnes adhésions avec un ABS et un ABS/PC vierges ont été obtenues expérimentalement garantissant de bonnes propriétés au multicouche.

Brominated flame retardants (BFR) are added to polymers to enhance their flammability resistance. But some of them are nowadays considered as persistent organic pollutants (POP). To avoid their propagation into recycling streams, plastic materials which bromine concentration is too high (> 2000 ppm) are generally incinerated to destroy the pollutants they contain. The objective of this work is to find a solution to recycle BFR containing plastics materials while respecting the regulations. The study is focused on an acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) batch coming from real waste electrical and electronic equipment which contains a POP concentration about four times higher than the regulation limit authorizing recycling. Physico-chemical methods were studied to extract BFR. Solid-liquid extractions with stirring and diethyl ether as well as the dissolution-precipitation method lowered the POP concentration under the regulatory limit. A detailed study on supercritical CO2 extraction was performed and showed its efficiency to remove BFR, but optimizations are still needed. The recycling environmental impacts were also evaluated considering the pre-treatment processes studied previously. The energy and solvent consumptions need to be optimized in order to make the recycling process more viable compared to incineration. The treated plastic material showed that it can be easily recycled. Nevertheless, its impact strength could be improved during a formulation step. Finally, a practical application of this material in a bilayer structure was proposed to enhance its mechanical and esthetic properties. Good adhesions were obtained with virgin ABS and ABS/PC materials guaranteeing satisfactory properties to the bilayer structure.