Brevet FR2020693A1 — publié le 19700717

L'invention concerne une bougie filtrante comportant comme agent de filtration une toison. On emploie des bougies filtrantes pour la purification des liquides les plus divers, par exemple de l'eau potable, des bains de lavage, des solutions de filage, des carburants etc... Ce sont des cylindres adtalliques perfores autour desquels est enroulée - souvent en plusieurs couches - une étoffe filtrante formée de feutre ou d'antres matières. Le liquide passe sous pression à travers les bougies tandis que le solide est retenu par l'agent de filtration et éliminé par rinçage à contrecourant. On connaît déjå des bougies filtrantes dans lesquelles une sèche est enroulée de façon croisée sur un tube de soutien, 11 extrémité de la mèche étant fixée par un réseau tubulaire de tissu glissé par-dessus. L'inconvénient est que, sous des efforts mécaniques, le réseau de tissu peut facilement titre endommagé, de sorte qu'il s'ouvre et dégage la rasse filtrante. En outre, dans ce genre de bougies filtrantes, pomme on l'expliquera plus loin, on n'obtient pas une grande solidité de l'agent de filtration. Enfin, un inconvénient des bougies filtrantes de ce genre est que l'agent de filtration présente des densités variables par suite de l'enroulement de la mèche On a déjà tenté aussi de se passer d'enveloppes séparées de filtre ou de tubes extérieurs maintenant la bougie Ainsi on connatt déjà une bougie filtrante dont la couche filtrante est forée exclusivement d'au moins un réseau de matière SYnthé tique enroulé, les bords latéraux des différentes spires étant soudés ensemble.De préférence, au moins le bord extérieur du réseau,qui est dirigé suivant la longueur de la bougie filtrante, est fixé à la spire extérieure par soudage. Etant donné que les raccordements sont imperméables, l'action de filtration d'une telle bougie est irrégulière, En outre, avec des réseaux, on ne peut pas obtenir une grande finesse de pores, ni une grande densité. Eais surtout, un inconvénient qui résulte obligatoirement de la structure stratifiée des bougies enroulées est qu'entre les différentes couches il peut se constituer des deou- lements laminaires et il peut se produire des accumulations d'impuretés. Autrement dit, ces bougies filtrantes constituent une série de filtres en surface et, pratiquement, c'est le plu. souvent la première couche qui joue seule le roule de filtre et il se produit une forte perte de pression. On connut en outre un corps filtrant de forme cylindrique qui convient en particulier à la filtration de carburant et qui sert en association fixe avec un élément intérieur de soutien et des disques frontaux de recouvrement, pour l'introduction variable dans une enveloppe, et qui est caractérisé par sa structure à base d'une toison aiguilletée de laine cellulosique de viscose, le titre des fibres étant de 1,5-10 deniers. Cette bougie est egalement an corps enroulé présentant des couches nettement reconnaissables. La bougie filtrante selon l'invention ne présente pas les inconvénients ci-dessus. Elle est caractérisée'par le fait que l'agent de filtration est un tuyau de toison sans raccordement qui présente une structure pratiquement ho ogne. La bougie filtrante selon l'invention se distingue par une grande stabilité, une grande solidité, une structure uniforie et une bonne action en profondeur, et un avantage particulier est que l'on peut faire varier la grosseur de pores et la den situe et obtenir de très grandes finesses de filtre. Dans la bougie filtrante selon lssinvention, contrairement aux bougies enroulées connues, on ne peut pas distinguer de couches, autrement dit, elle constitue un véritable filtre en profondRe Par "voiles de fibres, on entend ci-après des nappes de fibres textiles dont la cohésion est assurée par l'adhérence propre aux fibres tandis que, par "toisons", on entend des nappes flexibles fabriquées par consolidation de voiles. De préférence, on fabrique le tuyau de toison de manière en elle-meee connue sur une machine à aiguilleter les feutres tubulaires, mais on peut envisager d'autres procédés qui donnent une structure pratiquement homogène de l'agent de filtration. On peut utiliser notamment des voiles à fibres emm#lées, mais aussi des voiles plus ou moins orientées. Etant donné que la largeur de pores de l'agent de filtration dépend surtout de l'épaisseur des fibres, on préfère autant que possible, pour les filtres finss, des matieres-fibreusev minces. Par ailleurs, le choix des fibres utilisées dépend de la stabilité chimique qui est exigée pour des problèmes spéciaux de filtration et tient compte de l'aspect économique du cas considéré. Pour les usages de filtration, on peut envisager en particulier des fibres de verre textile, de "Nylon", de téréphtalate de polyéthylène glycol, de polyacrylonitrile, de polyéthylène et de polypropylène. La consolidation du voile en une toison peut se faire méca uniquement, en particulier par aiguilletage. toutefois au lieu de c#a ou en outre, on effectue de préférence une consolidation par adhérence, que l'on appellera ci-après une "consolidation adhésive". Les liants utilisés pour le collage doivent avoir une adhérence aussi bonne que possible à la fibre et être amenés de façon telle que la structure de la toison soit conservée le plus possible. La solidité mécanique augmente avec le nombre des points de liaison et la rigidité du produit augmente aussi. Comme liants, on peut utiliser des élastomères, des matières thermoplastiques et des matières thermodurcissables. Dans le choix du liant, il faut tenir compte des influences auxquelles les bougies filtrantes sont exposées en service, autrement dit le liant doit résister aux conditions physiques et chimiques rencontrées ensuite en service. Une possibilité de consolidation de la toison adhésive consiste à utiliser, dans la toison, des fibres thermoplastiques liantes. On peut adopter par exemple des fibres de chlorure de polyvinyle, de polypropylène, de polyamine, de polyester et de polyacrylonitrile. On peut aussi utiliser des fibres liantes rendues thermoplastiques par un plastifiant. Quand les bougies filtrantes sont exposées pour la consolidation à des températures élevées, le plastifiant s'évapore partiellement et, aux points de contact des fibres, il se forme des liaisons par fusion. Une autre possibilité de liaison consiste à faire gonfler partiellement ou à dissouire partiellement les fibres. Ainsi, on peut coller des fibres de polyamide en les traitant par une solution de chlorure de zinc. On peut utiliser de l'eau dans le cas de fibres hydrosolubles comme celles d'alcool polyvinylique non durci. Ici encore, naturellement, le choix des fibres doit entre basé sur l'utilisation à laquelle sont destinées les bougies filtrantes afin que les liquides à filtrer ne causent pas de modifications nuisibles de agent filtrant ni de sa structure. Mais de préférence en supplément ou au lieu de cela, on effectue la consolidation au moyen d'une résine synthétique appropriée la nature et la quantité de la résine synthétique utilisée pour la consolidation peuvent être choisies librement par lthomme de l'art. Il faut seulement veiller à ce que la solidité visée de la bougie filtrante soit obtenue, à ce que sa porosité se conserve, et à ce que la résine synthétique ne soit pas attaquée ou atome dissoute dans les conditions chimiques et physiques du processus de filtration, ce qui nuirait au collage et donc à la solidité et à la porosité de la bougie. En général, pour ces procédés "humides', on peut envisager des solutions du liant dans des solvants aqueux et organiques et surtout des dispersions ou émulsions aqueuses d'élastomères et de matières thermoplastiques. Les liants hydrosolubles peuvent être utilisés sous la forme de leurs solutions aqueuses dans tous les cas où la bougie filtrante n'est pas destinée à des fluides qui contiennent de l'eau ou dont le pouvoir solvant peut Qtre comparé à celui de l'eau. Des liants appropriés sont par exemple les dérivés de cellulose comae les esters et éthers de cellulose, les alcools polyvinyliques etc... Les liants élastomères importants sont par exemple des latex de caoutchouc synthétique à base de butadiène/acrylonitrile, qui donnent à la bougie finie une bonne solidité. Les produits qui conviennent particulièrement sont les produits mis au point récemment et dont la molécule contient des groupes réticulables réactifs, par exemple les copolymères butadiène/acrylonitrîle/ acide méthacrylique, car ils ne nécessitent pas de vulcanisation mais peuvent être facilement réticulés éventuellement à l'aide de catalyseurs, par séchage à température élevée ou par stockage prolongé. Comme liants thermoplaRtiques,on peut surtout utiliser des dispersions aqueuses de copolymères d'esters acryliques,par exemple de copolymères acide méthacrylique/acrylonitrile0 Ces liants sont aussi au marché comme produits auto-rétioulants à groupes réactifs incorporés qui se réticulent à température #evée.Onpeut renforcer ces propriétés en utilisant des copolymeres auto-réticu- lents d'esters acrylates ou méthacrylates et de n#t#éthyldL8crylamide ou de N-méthylolméthacrylamide. Ces copolymères contenant des groupes amide peuvent en outre entre mis à réagir sur des produits de précondensation d'urée ou de mélamine. On citera encore des dispersions aqueuses de polymères vinyliques plastifiés comme 1 'acétate de polyvinyle, le chlorure de polyvinyle et leurs copolymères, qui donnent comme liants des produits relativement durs mais qui-sont solubles dans beaucoup de solvants. Comme liants, on peut aussi utiliser des résines qui sont capables de réagir sur les molécules des fibres. Pour les agents fil- trants à base de fibres cellulosiques, on peut envisager particulièrement des composés méthylolés de dérivés cycliques d'urée comme la diméthylol-éthylène-urée, la diméthylol-dihydroxyéthylène-urée et la diméthylol-propylène-urée, des résines d'époxyde et leurs précurseurs comme l'éther diglycidylique du glycérol, l'éther diglycidylique du-butanediol, l'éther diglycidylique etc... Le rapport entre la quantitd de fibres et celle de liant peut titre facilement déterminé par l'homme de l'art sur la base des conditions pratiques et en fonction de la rigidité que l'on désire donner à la bougie filtrante. Par exemple, la teneur an liant peut titre de 20-60 dans le produit fini mais cette gamme n'est pas dd- terminante et on peut aller aussi au-dessus et en dessous. Plus la teneur en liant est élevé, plus l'agent de filtration devient dur. Le catalyseur qui sert au durcissement ou à la réticulation peut être une matière solide que l'on ajoute aux solutions ou dispersions. Toutefois, dans bien des cas, il est avantageux d'utiliser des agents de réticulation liquides ou gazeux (formaldéhyde, acide chlorhydrique) que l'on fait passer le long des parois de la bougie filtrante pour les mettre en contact avec les résines synthétiques à durcir. L'expression "résine synthétique" ou "matière synthétique", telle qu'employée ici, doit s'entendre au sens général et comprendre aussi des dérivés de substances naturelles, par exemple des esters et éthers de cellulose et des composés polymères moins ré sineux comme l'alcool polyvinylique Si le tuyau de toison est suffisamment raidi, la bougie filtrante n'a pas besoin d'strie munie d'un tube de soutien, lans quelque cas, notamment quand les pressions de filtration sont élevées, il est toutefois approprié de prévoir un tube de soutien pour la bougie selon l'invention.Il peut titre formé de toute matière 2p propriée, par exemple de métaux comme l'acier, de matières synthé- tiques comme le polypropylène, le poly-tétrafluoréthylène, le poly- éthylène de basse pression etc... Si la bougie filtrante comporte un tube de soutien, la toison peut, selon un mode d'exécution spécialement préférentiel de lXia- Invention, être formée au moins en partie de fibres synthétiques ré trécissables thermiquement et que l'on rétrécit sur le tube de soutien. Par le rAtrécissement des fibres, on obtient une contraction du tuyau dans une direction pratiquement parallèle à la surface circonférentielle, ce qui engendre une force dirigée radialement vers l1intérieur. ha solidité de la bougie filtrante est ainsi fortement accrue. l'es fibres rétrécissables appropriées comprentunt par exemple des homopolymères et copolymères de chlorure de vinyle, le polyéthylène de haute pression et de basse pression et le polypropylène. Le choix des fibres peut titre laissé à l'homme de l'art, qui se basera sur les propriétés des matières et les conditions de fil- tration. Des fibres particulièrement utilisables à cet effet sont par exemple des fibres formées d'un copolymère comprenant 85% de chlo- rure de polyvinyle et 15% dtacétate de vinyle, qui Jouent en meme temps le rôle d"'adhésif'sous forme de fibres" et qui subissent le rétrécissement visé. Toutefois, on peut aussi utiliser des fibres pouvant se coller thermiquement en mélange avec des fibres rétré- cissables thermiquement. L'avantage d'utiliser des fibres pouvant se coller thermiquement est que cela fixe la structure de la bougie filtrante. Les températures de rétrécissement et de fixation n'ont pas besoin de concorder ; ainsi, il est possible de coller d'abord les fibres lors du chauffage et de les rétrécir ensuite totalement ou partiellement à température plus élevée. De même, les deux effets peuvent se produire à peu près à la m#me température ou bien le collage peut se faire à température plus élevée. La consolidation adhésive peut aussi se faire sous l'action d'une pression extérieure ; à cet effet, on comprime radialement et/ou axialement le tuyau de toison pendant le fixage de la structure fibreuse. On obtient ainsi une toison plus dense ; en réglant la pression, on peut aussi déterminer la grosseur de pores de la bougie finie. L'invention est expliquée plus précisément ci-après à propos des exemples d'exécution. EXEMPLE 7 Sur une machine à aiguilleter les fehtres tubulaires - voir Eeintze, "Vliesstoffe", dans Zeitschrift fur die gesamte Textilindustrie, 1968, EJO 6 et 8 - on fabrique un tuyau de toison sans raccordement, de structure pratiquement homogène, à partir d'un mélange comprenant environ 70* de fibres d'un polymère de m-phdnylènediamine et d'acide isophtalique et environ 309 de fibres pouvant se coller et rétrécir thermiquement, mentionnées plus haut, formées de copolymère chlorure de vinyle/acétate de vinyle.On glisse alors le tuyau de toison, qui a aéjà une solidité suffisante pour le maniement sur un tube de soutien usuel pour bougies filtrantesformé de polypropylène. Ensuite, on ferme avec un couvercle un côté du cylindre formé du tuyau de toison et du tube de soutien et, par l'extrémité ouverte, on fait passer de l'air à une température de 100-1300C à travers la paroi du cylindre. Il se produit un rétrécissement et un collage thermiques des fibres liantes thermoplastiques, ce qui fait que le tuyau se contracte et subit un fort accroissement de densité tout en se fixant étroitement au tube de soutien0 On peut aussi opérer le chauffage de la toison au moyen de rayons infrarouges. Pour fabriquer le tuyau de toison sans raccordement, on peut aussi enrouler sur le tube de soutien un voile préalablement fabriqué à l'aide d'un appareil à enrouler usuel. Il est avantageux d'enrouler sur le tube de soutien une toison préala blessent aiguilletée car on peut alors obtenir de plus grandes forces de traction et augmenter ainsi la solidité du corps enroulé; De préférence, on appointe légèrement la partie du début, donc le bord de la toison, de sorte que non seulement on évite un gradin mais qu'en outre on peut obtenir un ancrage automatique des fibres de la toison sur la surface latérale du tube de soutien.On appointe aussi l'extrémité de la toison et ensuite on fabrique par aiguilletage le tuyau de toison sans raccordement. ~toutefois, il faut veiller à ce que les différentes couches enroulées ne soient plus reconnaissables dans la structure du tuyau de toison fini. Il faut donc effectuer l'aiguil- letage åusqu'd ce quton obtienne une structure pratiquement homogène. Ensuite, on peut pratiquer le fixage et le rét#éci.s- sement thermique décrits plus haut. On obtient une bougie filtrante de grande solidité qui 9 grâce à sa structure homogène, constitue un véritable filtre en profondeur et qui, lorsqu'elle est utilisée dans dee instar lations de purification d'eau, se distingue par un temps de service prolongé. EXEMPLE 2 On prend un tuyau de toison sans raccordement formé de fi bres de viscose de 20 deniers et fabriqué comme dans l'exemple 1 sur une machine à aiguilleter les feutres tubulaires et sans y adjoindre de tube de soutien, on l'imprègne d'un produit de la firme Rohm et Haas, désigné commercialement par l'appellation "Plextol B 58a". Ce produit est une dispersion aqueuse à environ 50% d'une résine synthétique auto-réticulante principalement à base d'esters polyacrylates inférieurs ajustée à un pH faiblement acide d'environ 4,5 et à une viscosité Broomfield d'environ 300 cPo et qui, après réticulation thermique, donne un produit insoluble dans l'eau et dans les solvants organiques et presque dépourvu de thermoplasticité. On traite thermiquement, comme dans l'exemple i, le tuyau de toison imprégné. On obtient un cylindre rigide que l'on peut utiliser comme bougie filtrante sans tube de soutien dans des tuyaux à carburant et à eau et qui ne perd pas sa solidité, meme à température élevée. EXEMPLE 3 On prend un tuyau de toison de fibres de polyamide fabriqué de la façon décrite ci-dessus et, sur un tube de soutien ou# mandrin approprié, on le traite par une solution de chlorure de zinc à 3% selon le procédé du brevet de la République Démocra- tique Allemande N 13 905 (1954). ; en enroulant étroitement sur le tuyau de toison un réseau à mailles serrées, on obtient un tassement radial de laSparoi du tuyau. Après avoir séché avec précaution, on retire l'enroulement et on élimine par lavage l'excès de chlorure de zinc. On obtient wne bougie filtrante dont la structure -de toison est fixée par la liaison des fibres aux points de croisement et que l'on peut utiliser sans tube de soutien pour filtrer des liquides aqueux ainsi que des liquides organiques qui n'attaquent pas les fibres de polyamide. REVENDICATIONS 1.- Bougie filtrante comportant une toison comme agent de filtration et caractérisée par le fait que l'agent de filtration est un tuyau de toison sans raccordement présentant une structure pratiquement homogène. 2.- Bougie selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tuyau de toison est consolidé par aiguilletage. 3.- Bougie selon l'une des revendications I et 2, caractérsée par le fait que le tuyau de toison est consolidé de façon adhésive. 4.- Bougie selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le tuyau de toison est formé au moins partiellement de fibres synthétiques pouvant se coller thermiquement ou par gonflement partiel ou dissolution partielle, et qu'il est consolidé par#celles-ci de# façon adhésive. 5. Bougie selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le tuyau de toison est consolidé de façon adhésive par un liant de résine synthétique. 6.- Bougie selon l'une des revendications J, 4 et 5, caracté- risée par le fait que le tuyau de toison a été consolidé de façon adhésive à l'état tassé. 7.- Bougie selon l'une des revendications précédentes, carac térisée par le fait que le tuyau de toison est forez au moins par tellement de fibres synthétiques#rétrécissables thermiquement et qu'il a été soumis à un rétrécissement thermique, de préférence sur un tube de soutien.