Brevet FR2051793A1 — publié le 19710409

La présente invention concerne un procédé de production d'un ensemble de membrane pour l'utiliser en osmose inverse. Dans la demande de brevet français déposée ce même jour par le même Demandeur et intitulée "Ensemble de membrane semi-perméable 5 et son procédé de production", il est décrit des ensembles de membrane tubulaires réalisés avec "des bandes fibreuses poreuses enroulées hélicoïdalement. Pour produire de tels ensembles de membrane et éléments analogues, dans lesquels la membrane ne constitue pas une couche ou ne fait pas partie d'une couche pendant la 10 phase d'enroulement en spirale, la membrane est appliquée par exemple à l'intérieur de l'ensemble en plongeant 1'ensemble dans une pâte ou en remplissant l'ensemble en partie avec une pâte et en enlevant la pâte en excès par égouttage ou en faisant passer un plongeur à travers l'ensemble. 15 Selon la présente invention, un procédé de production d'un ensemble de membrane à utiliser en osmose inverse, consiste à enrouler hélicoïdalement sur un mandrin une ou plusieurs bandes fibreuses poreuses pour produire un tube à une ou plusieurs couches, et à couler continuellement une membrane semi-perméable sur la 20 face interne ou la face externe du tube formé au moyen du mandrin. Commodément, la membrane est coulée sur la face interne ou la face externe du tube pendant sa formation sur le mandrin ou lorsqu'il quitte ce dernier. l'invention concerne également un appareil à utiliser dans 25 le procédé décrit ci-dessus, appareil qui comporte un mandrin fixe allongé présentant à une extrémité ou près d'une de ses extrémités un moyen pour introduire une pâte de formation d§ la membrane semi-perméable dans un tube enroulé sur un mandrin en utilisant une ou plusieurs bandes, et un dispositif racleur conçu et agencé de façon 30 que le tube passe sur ou à travers le dispositif.et que la pâte appliquée par ledit moyen à la surface interne ou externe du tube soit raclée à l'épaisseur voulue par ledit dispositif. De préférence, le distributeur est disposé de manière à appliquer la pâte à la surface interne du tube et le dispositif ra-35 cleur est disposé de manière que le tube passe sur lui. De préférence, le dispositif de distribution de la pâte destinée à former la membrane semi-perméable est un distributeur placé BAD ORIG'^AC' 70 26273 -2- 2051793 à une extrémité du mandrin et le mandrin est creux de façon que la pâte puisse être acheminée jusqu'au distributeur à travers le mandrin à partir d'un réservoir. Dans ce cas» le dispositif ra-cleur peut être un plongeur cylindrique de dimensions voulues sur 5 lequel le tube enroulé peut passer à mesure qu'il quitte le mandrin et le distributeur. Le plongeur peut être monté sur le mandrin ou peut être fixé de manière à pouvoir tourner librement"ou à pouvoir s'aligner suivant un. axe différent de celui du mandrin. Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre de la fa-10 çon suivante : Une ou plusieurs bandes de largeur voulue et présentant un adhésif sur les côtés appropriés sont enroulées continuellement au moyen d'une courroie flexible sur une machine classique à enrouler les tubes présentant un mandrin, un distributeur et un plon-15 geur combinés comme décrit plus haut. Par exemple, le mandrin peut permettre de produire un tube d'un diamètre de 6,4 à 50,8 mm,par exemple de 12,7, de 19,1 ou de 25,4 mm. La pâte est introduite régulièrement dans le distributeur sous pression à partir d'un, réservoir convenable et,à mesure que le tube formé sur le mandrin 20 passe sur le distributeur, la surface interne est enduite et le raclage de la surface est effectué par le plongeur. Il importe que les débits de coulée et de distribution de la pâte soient égaux pour empêche:^1 extrusion d'une quantité en excès de la pâte dans le tube. 25 L'ensemble de la membrane produit par le procédé de l'inven tion est de préférence du type décrit dans la demande de brevet français précitée. Ainsi, les bandes peuvent être en papier à main sec non collé ou une bande de fibres synthétiques tissées^u non tis-sée^6u elles "peuvent être constituées par un mélange de ces der-30 niers. Si un adhésif est nécessaire, il peut être de n'importe quel type inerte ou qui ne communique pas un risque de toxicité (ou habituellement un. goût) à une solution ou solvant quelconque traité dans l'ensemble de membrane. En particulier, on peut utiliser des adhésifs à base d'amidons^limentaires ou des adhésifs thermoplas-35 tiques. Dans la demande de brevet français précitée, une bande au moins peut être en un papier comprenant des fibres thermoplastiques, par exemple des fibres de polyester. Pendant l'enroulement, cette BAD OR/giNal 70 26273 -3- 2051793 bande peut être enroulée à recouvrement et les parties à recouvrement peuvent être soudées par la chaleur ou par un solvant. La couche sur laquelle la membrane est coulée peut être traitée par des agents de modification pour donner à la surface des 5 propriétés convenant pour l'application d'une membrane. Ces agents de modification modifient la rugosité de la surface et la tension iûterfaciale au moment de l'application de la pâte. Pour achever le traitement de l'ensemble de la membrane, il peut être découpé à des longueurs convenables et soumis aux phases 10 séparées comprenant un séchage à l'air, un lavage à l'eau froide et un mûrissage dans l'eau chaude. Ces phases sont bien connues. Des tubes recouverts extérieurement d'une membrane peuvent être coulés verticalement pour éviter un endommagement de la membrane. Dans l'un ou l'autre cas, la durée d'exposition à l'air peut être 15 réglée en faisant varier la distance entre le plongeur et la surface de l'eau et la vitesse d'enroulement du tube. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, 20 une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue schématique d'un mandrin en partie en coupe ; et la figure 2 est une autre vue schématique d'un mandrin autour 25 duquel sont enroulées des bandes, le tube résultant étant représenté en partie en coupe. Le mandrin comporte un premier tronçon terminal 11 qui a une section droite circulaire. Le tronçon terminal 11 a une partie 12 de plus petit diamètre à une extrémité et un passage 13 passant par 30 son centre. Il est également prévu des passages longitudinaux 14 et 15 qui traversent la partie 12 et se raccordent à des passages radiaux 14a et 15a. Le tronçon 11 est relié d'une manière amovible par la partie 12 à un tronçoj^ubulaire 16 du mandrin. Le tronçon 16 présente deux 35 parties surélevées 37 et 38 de.même diamètre à leurs extrémités qui déterminent le diamètre interne des tubes enroulés sur le mandrin. Le tronçon 16 contient deux tubes concentriques creux 17 et 18, le 70 26273 -4- 2051793 diamètre du tube externe 17 étant inférieur à celui de la partie 12 à laquelle il est.relié. L'espace 19 compris entre les tubes 17 e't 18 communique avec les passages 14 et 15 et le centre creux 20 du tube 18 communique avec le passage 13. Un tube 21 est relié au 5 passage 15» de sorte qu'une communication est établie entre le passage 15 et l'espace 19 à l'extrémité de ce dernier qui est éloignée du passage 14. Un plongeur tubulaire 22 est relié à un tronçon distributeur 23. Le plongeur 22 a une section droite circulaire et son diamètre 10 est inférieur à celui des parties surélevées 37 et 38 du tronçon 16, la différence entre les deux diamètres correspondant au double de l'épaisseur de la couche de pâte à appliquer à l'intérieur d'un tube enroulé sur le mandrin. Le tronçon 23 présente une première partie 24 ayant une section droite circulaire et un diamètre égal 15 à celui de la partie 12 et une seconde partie 25 de section droite circulaire et d'un diamètre inférieur à celui du plongeur 22. Le distributeur comporte un centre creux 26 qui communique avec le centre creux 20 du tube 18 ainsi qu'avec la surface externe de la seconde partie 25 par des passages radiaux 27 et 28. L'extrémité de . 20 la partie 24 est solidaire d'une paroi annulaire qui fait saillie entre les extrémités des tubes 17 et 18 pour les supporter et à laquelle ils sont fixés. Un intervalle annulaire 30 existe entre la face externe du tube 17 et la surface interne du tronçon 16 du mandrin. 25 Près de la partie 38 se trouvent un réchauffeur 29.- et un. sa bot chauffable 36 - Le mandrin peut être utilisé pour produire, par exemple, un tube à deux couches et un ensemble de membrane de la façon suivante : Une courroie-flexible continue 40 est enroulée autour du 30 tronçon 16 du mandrin sur la partie surélevée 38. A mesure que la courroie 40 est tirée autour du tronçon 16, une bande interne 30 et une bande externe 31 sont appliquées continuellement à la partie surélevée 38. La bande externe passe tout d'abord sur le réchauffeur 29 où un adhésif 32 en masse fondue 35 chaude précédemment appliqué à la face interne de la bande est chauffé pour le rendre collant. Sur la partie surélevée 38, les bandes 30 et 31 sont enroulées d'une manière imbriquée pour former 70 26273 -5- 2051793 un tube 33 qui se déplace continuellement le long du tronçon 16 du mandrin en s'éloignant de la partie 11 au fur et à mesure de sa formation. Le tube 33 présente une partie supérieure 35 autour de sa 5 circonférence. La partie supérieure ou de recouvrement 35 est soudée à la matière se trouvant au-dessous d'elle par application de chaleur et de pression au moyen du sabot 36. L'eau de refroidissement est introduite dans l'espace 19 par l'intermédiaire du passage 15 et sort par le passage 14. Une 10 pâte destinée à former une membrane semi-perméable est introduite dans le distributeur 23 par le passage 13» les centres creux 20 et 26 et les passages 27 et 28. Au fur et à mesure que le tube formé 33 passe sur le distributeur 23» sa surface interne est recouverte d'une pâte 34 qui est 15 raclée à l'épaisseur voulue par le plongeur 22. Le frottement et le chauffage du tube 33 lorsqu'il passe le long du tronçon 16 du mandrin sont réduits en permettant au tube de ne toucher le mandrin qu'aux parties surélevées 37 et 38. La température de la p'âte et par suite sa viscosité sont réglées au 20 moyen de l'eau de refroidissement circulant dans l'espace 19 et de l'intervalle annulaire 39 formé entre le tronçon 16 du mandrin et le tube 17. Il est bien entendu que l'appareil "de l'invention peut être utilisé pour enduire la surface externe d'un tube d'une façon si-25 milaire à celle décrite plus haut en contruisant et en agençant un plongeur annulaire et un distributeur,de façon que le tube passe à travers eux au fur et à mesure de sa formation. On va décrire ci-après à titre d'exemple la production d'ensembles de membrane par le procédé de llinvention. 30 EXEMPLE 1 On produit un ensemble d'une membrane en utilisant l'appareil représenté sur le dessin annexé et décrit ci-dessus en ayant recours aux matières et aux conditions suivantes : 70 26273 -6- 2051793 10 1. Couche interne : Papier à main double pli non collé de type 3500 pesant 90 g/m , côté feutre dirigé vers l'intérieur ; largeur 26 mm. 2. Couche externe : Papier comprenant des fibres de polyester (bande de polyester de Preudenberg type SH 1220 PW) ; largeur 27 mm. 3. Chevauchement de la couche interne : 1 mm. 4. Chevauchement de la couche externe : 2 à 3 mm. 5. Adhésif : granules de polyéthylène. 6. Vitesse d'enroulement : 33 mm/seconde. 7. Température de la bande de polyester : 110° à 150°C. 8. Conditions du sabot : Puissance - 125 watts ; source monophasée de 240 volts à 50 Hertz ; température ambiante 20°C (dans ces conditions,la température statique du sabot est comprise entre 300° et 350°C). 9. Diamètre du mandrin : 12,8 mm. .j j- 10. Formulation de l^âte destinée à former la membrane (en poids) : . Eormamide (ayant la pureté d'un réactif universel) 23»4 % Acétone (de qualité du réactif "Analar") 50,8 fi Acétate de cellulose (Eastman-Kodak E398-10) 25,8 fi 11-. Diamètre du plongeur : 12,1 mm. 12. Tube de distribution de la pâte : diamètre 6,35 mm, 20 épaisseur 0,1 mm. 13. Diamètre des trous par lesquels la pâte s'écoule avant son application au tube : 3»18 mm. 2 14. Pression de la pâte à l'entrée du mandrin : 2,47 kg/cm . 15. Température de l'eau de refroidissement de la pâte : 25QC. 2C 16. Durée de séchage à l'air : 20 à 90 secondes. 17. Température de l'eau de lavage : 6°C. 18. Durée de lavage : 1 heure. 19» Température de mûrissage (recuit) : 95°C. 20. Durée de mûrissage : 20 minutes. 21. Epaisseur de la membrane ; 0,11 à 0,13 mm. On divise l'ensemble de la membrane ainsi produit en des tronçons de 2,44 mètres et on en essaye sept dans un appareil de séparation de solvants comme celui décrit dans la demande de brevet français précitée pendant 100 heures. En utilisant une solution de 2 35 chlorure de sodium à une pression de 4» 14 MN"/m , l'appareil produit un- rejet de sel à 5000 ppm de 98,5 ±0,5 fi en poids et un débit d'eau à 25°C de 0,268 + 0,024 m^/m2/jour. 30 70 26273 -7- 2051793 - EXEMPLE 2 On produit un ensemble d'une membrane comme dans l'exemple 1, excepté que la formulation de la pâte destinée à former la membrane contient 26,5 °f° en poids de formamide et 47»7 i° en poids d'acétone 5 et que la température de mûrissage est de 85°C. Lorsqu'on l'essaie comme décrit dans l'exemple 1, l'appareil donne un rejet de sel de 94 + 1»0 $ en poids et un débit d'eau de 0,536 + 0,024 m^/m2/jour. " - - - EXEMPLE 3 10 On produit un ensemble d'une membrane comme dans l'exemple 1, excepté que la formulation de la pâte destinée à former la membrane contient 30,0 $ en poids de formamide et 44,2 % en poids d'acétone et que la température de mûrissage est de 75°0. Lorsqu'on l'essaie pendant 25 heures comme décrit dans l'exem-15 pie 1, l'appareil donne un rejet de sel de 75 + 5 i° en poids et un débit d'eau de 1,072 + 0,048 m^/m^/jour. 70 26273 -8- 2051793 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un ensemble d'une membrane à utiliser en osmose inverse, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à enrouler hélicoïdalement sur un mandrin une ou plusieurs bandes 5 fibreuses poreuses pour produire un tube à une ou plusieurs couches, et à couler en continu une membrane semi-perméable sur la face interne ou la face externe du tube formé au moyen du mandrin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube est enroulé en utilisant deux bandes. 10 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une bande est une bande de papier à main, sec et .non collé. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une bande est une bande de fibres synthétiques non tissées ou tissées. 15 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une bande est une bande de papier en fibres de polyester. 6. Appareil à utiliser pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin allongé fixe présentant à l'une de ses extrémités ou 20 près de cette extrémité un moyen pour introduire une pâte destinée à former une membrane semi-perméable dans un tube enroulé sur le mandrin en utilisant une ou plusieurs bandes, et un dispositif racleur conçu et agencé de façon que le tube passe sur le dispositif ou à travers ce dernier et que la pâte appliquée par le dis- 25 tributeur à la surface interne ou externe Respectivement,du tube soit raclée à l'épaisseur voulue. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif racleur est un plongeur cylindrique agencé de façon que le tube passe sur lui. 30 8. Appareil selon là revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif racleur est un plongeur cylindrique agencé de façon que le tube passe sur lui ; le dispositif de distribution de la pâte est un distributeur disposé à une extrémité du mandrin et le mandrin est creux. 70 26273 -9- 2051793 9. Ensemble d'une membrane, caractérisé en ce qu'il est produit par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et en ce qu'il est utilisé dans un appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8.