Brevet FR2550464A1 — publié le 19850215

La présente invention concerne une couche de filtration exempte d'amiante, et contenant de la cellulose qui provient de fibres de bois résineux et/ou de fibres de bois feuillu, ainsi que des adjuvants de filtration tels que le kieselguhr (terre de diatomées), la perlite, et autres substances analogues, ainsi que des substances ayant subi une modification cationique. Les demandes de brevets allemands DE-OS 2 910 289, DE-OS 3 010 581, et DEOS 3 030 118, décrivent la réalisa10 tion de filtres sans amiante, avec des fibres de cellulose et des substances de remplissage ayant un pouvoir filtrant, telles que le kieselguhr, la perlite, l'alumine, la silice, etc, à l'aide d'une résine cationique à base de polyamide-polyamine épichlorhydrine comme liant des parties constitutives de 15 la couche filtrante, et en particulier comme liant des fibres de cellulose Il faut, à cet effet, une quantité suffisante de cette résine cationique, pour que le potentiel dzéta des fibres et/ou des substances constituées de particules soit positif Cette résine cationique enrobe au 20 moins en partie le matériau de filtration fibreux et/ou en particules, de manière qu'elle cache les propriétés superficielles particulières de ce matériau enrobé, au profit de celles du matériau cationique En outre, ces couches de filtration connues présentent un inconvénient, car le maté25 riau constitué de fibres ou de particules est maintenu dans une texture rigide formée par la résine, si bien que les qualités de porosité de la couche de filtration sont compromises lorsque le matériau considéré reçoit un liquide et s'en trouve imprégné En outre, l'enrobage des fibres et particules solides par la résine tend à provoquer localement des éclatements et des anomalies, lorsque les fibres et les particules solides sont imprégnées de liquide Ces phénomènes défavorables se manifestent de manière particulièrement forte lors d'un traitement des couches de filtration à la vapeur, ou d'un lavage, et peuvent alors réduire l'efficacité d'une telle couche de filtration. L'invention remédie à ces inconvénients par la réali- sation de couches de filtration perfectionnées, exemptles d'amiante,à constituants cationiques, telles que l'imprégnation des constituants prévus dans la couche n'entrafne pas une modification importante de leur porosité naturelle de filtration, et n'a aucune conséquence défavorable sur le rôle de liant des constituants cationiques, à l'égard des matières filtrantes en fibres et en particules En particulier, l'invention permet le traitement fréquent de la couche filtrante à la vapeur, et son nettoyage par lavage, sans 10 que son efficacité en soit affectée. Une couche filtrante selon l'invention, donnant ces résultats, est caractérisée en ce que la substance ayant subi une modification cationique est de la cellulose en fibres et/ou en fibres minuscules ou micro-fibres, et/ou 15 sous forme granulée, et/ou sous forme pulvérulente, à laquelle sont fixés chimiquement des groupes chimiques cationiques ayant un degré de substitution compris entre 0,01 et 0,05; et en ce que cette cellulose cationisée constitue en totalité ou en partie la cellulose contenue dans la couche de filtration, avec un taux de finesse sensiblement compris entre 20 et 60 de l'échelle de SchopperRiegler. La couche filtrante selon l'invention se caractérise par une meilleure activité en couche-limite Elle 25 permet une amélioration importante de la séparation des microorganismes, et retient de préférence les substances finement divisées. La couche de filtration sans amiante selon l'invention présente en outre une bonne capacité d'adsorption, qui peut varier à volonté en fonction du taux de substitution de la cellulose cationisée, pour chaque type d'utilisation de la couche de filtration Par ailleurs, la couche de filtration selon l'invention se caractérise par un bon pouvoir de rétention des matières pyrogènes et des matières colorantes Cette propriété peut également varier avec le taux de substitution de la cellulose cationisée à utiliser dans chaque cas La couche de filtration confor- me à l'invention a une durée d'utilisation efficace fortement augmentée, pour un même taux d'épuration L'allongement de la durée d'utilisation dépend aussi du taux de substitution de la cellulose cationisée employée dans la couche de filtration,car une cellulose cationisée ayant un taux de substitution élevé permet la réalisation de couches filtrantes d'une plus longue durée d'utilisation, par rapport au cas d'une cellulose cationisée ayant un taux de substitution plus faible. Un autre avantage de la couche de filtration selon l'invention est qu'elle donne un meilleur taux de purification, tout en permettant un bon débit d'écoulement à travers la couche Enfin, grâce à la liaison intime des groupes chimiques cationiques, obtenue par substitution dans la 15 cellulose, la couche de filtration peut posséder des qualités de régénération fortement améliorées. De préférence, la cellulose cationisée de la couche de filtration selon l'invention peut être constituée par le chlorure de 2-hydroxy-3triméthylammoniopropylcellulose. 20 Quant aux agents ayant subi des modifications cationiques, à utiliser selon l'invention, ils peuvent être également constitués par des fibres de cellulose, cationisées par le chlorure de 2,3-époxypropyl-triméthylammonium L'utilisation de telles celluloses cationisées, dans la plage de degrés de substitution indiquée plus haut, donne un autre avantage, en plus de ceux qu'on a déjà indiqués pour la couche de filtration En effet, la rétention des adjuvants de filtration est ainsi améliorée au sein de la couche de filtration et améliore d'autant les qualités mécaniques et les qualités 30 de filtration de la couche considérée. Dans des applications pratiques, la composition pondérale de la couche de filtration comporte par exemple, d'une manière avantageuse, jusqu'à 60 % d'un adjuvant de filtration, sous forme pulvérulente, tel que le kieselguhr 35 (terre de diatomées) ou la perlite notamment, plus 10 à 40 % de microfibres broyées de cellulose cationisée, le reste étant constitué par de la matière à longues fibres, apte à former des feuilles Cette matière à longues fibres peut être constituée par de la cellulose non cationisée, ou par de la cellulose cationisée, et/ou par des fibres de polyoléfine ou analogues Cette matière à longues fibres, apte à former des feuilles, peut aussi être constituée par un mélange de plusieurs substances, et par exemple par un mélange des substances que l'on vient d'indiquer. De préférence, dans le cadre de la présente invention, la cellulose utilisée peut provenir de bois résineux et/ou de bois feuillus, comme matière de base pour la cellulose cationisée, et/ou pour la matière à longues fibres, apte à former des feuilles ou à feutrer. Il est recommandé d'utiliser un bain de lavage acide, ayant un p H de 2,5 à 1,5, pendant la mise en forme 15 de la couche de filtration, ou après cette opération pour réaliser des couches de filtration destinées à traiter des boissons. EXEMPLES Exemple 1 On a confectionné des couches de filtration sans amiante, en procédant de la manière habituelle, à partir des principaux constituants ci-après (en proportions pondérales): % de cellulose non traitée provenant de bois 25 résineux, que l'on a broyée au taux de finesse de 40 de l'échelle de Schopper-Riegler (SR); % de cellulose cationisée à fibres courtes, provenant de bois feuillus; % de kieselguhr. On a ainsi réalisé quatre couches de filtration différentes, contenant de la cellulose cationisée à différents degrés de substitution: couche de filtration 1 1, à base de cellulose de bois feuillus à fibres courtes, traitée au degré de substitution DS = 0,017 par le chlorure de 2,3époxypropyltriméthylammonium. couche de filtration 1 2, à base de cellulose de bois feuillus à fibres courtes, traitée au degré de substitution DS = 0,021 par le chlorure de 2,3époxypropylttiméthylammonium. couche de filtration 1 3, à base de cellulose de bois feuillus à fibres courtes, traitée au degré de substitution DS = 0,026 par le chlorure de 2,3époxypropyltriméthylammonium. couche de filtration 1 4, à base de cellulose de bois feuillus à fibres courtes, traitée au degré de substitution DS = 0,038 par le chlorure de 2,3époxypropyltriméthylammonium. Ces couches filtrantes ont été soumises à des essais identiques, avec de l'eau et avec un liquide trouble. L'essai avec un liquide trouble a été effectué sur une surface filtrante de 100 cm 2, pendant une première période de 30 minutes, sous une pression de filtration de 0,5 bar, puis pendant une seconde période de 30 minutes, sous une pression de filtration de 1,0 bar On a mesuré la quantité de liquide qui était passée dans ces conditions à travers 20 la surface filtrante de 100 cm 2 On a mesuré l'effet de purification en pourcentage, d'après le filtrat recueilli. Cette étude a montré que le rendement de ces couches de filtration augmente, tant avec l'eau qu'avec un liquide trouble, lorsque le degré de substitution de la cellulose cationisée utilisée dans chaque couche augmente. De même, la purification obtenue augmente avec l'augmentation du degré de substitution de la cellulose cationisée de la couche filtrante. Les résultats sont groupés dans le tableau I. 30 Exemple 2 On a confectionné quatre couches de filtration, suivant le procédé habituel, à partir de cellulose de bois résineux non traité, broyée à un taux de finesse de 45 SR, avec de la cellulose cationisée et du kieselguhr Comme cellu35 lose cationisée, on a employé de la cellulose de bois feuillus à fibres courtes, traitée à un degré de substitution DS = 0,023 par le chlorure de 2,3-époxypropyltriméthyl- ammonium. Les quatre couches filtrantes ainsi réalisées diffèrent comme suit l'une de l'autre, par la proportion de cellulose non traitée par rapport à la cellulosel catio5 nisée (composition pondérale): couche filtrante 2 1: 37,5 % de cellulose non traitée; 12,5 % de cellulose cationisée; et 50 % de kieselguhr. couche filtrante 2 2: 25 % de cellulose non traitée; 25 % de cellulose cationisée; et 50 % de kieselguhr. couche filtrante 2 3: 12,5 % de cellulose non traitée; 37,5 % de cellulose cationisée; et 50 % de keselguhr. couche filtrante 2 4: cellulose non traitée, néant; 50 % de cellulose cationisée; et 50 Z de kieselguhr. On a étudié le debit, pour l'eau et un liquide trouble, et l'effet adsorbant vis-à-vis des colorants de ces quatre couches de filtration L'essai d'adsorption à 20 l'égard des colorants met en évidence les propriétés d'adsorption de la couche de filtration Pour cet essai, on a utilisé une surface de filtration de 20 cm 2, qu'on a mise en présence d'une suspension de colorant dans l'eau, sous une pression S p = 1 bar On a mesuré en centimètres cubes 25 (cm 3) la quantité de liquide ayant traversé la couche de filtration, jusqu'au moment o le colorant a commencé à traverser la couche. Le tableau II ci-après contient les résultats d'essais obtenus dans le cas de l'exemple 2 Les quatre couches de filtrage ont toutes donné de bons résultats avec de l'eau, comme avec le liquide trouble, sans qu'on puisse faire apparaître une dépendance du débit vis-à-vis de la proportion de cellulose non traitée et de cellulose cationisée Par contre, on a constaté que le taux d'adsorp35 tion d'un colorant augmentait d'une manière considérable avec l'augmentation de la proportion de cellulose cationisée. Il faut en conclure que les qualités d'adsorption de la couche de filtration augmentent, lorsqu'on augmente la proportion de cellulose cationisée. N des couches de filtration TABLEAU 1 Cellulose (proportions pondérales non en %) traitée à 40 SR Cationisée, àa fibres courtes/ DS* Kieselguhr (%) 15 20 1.1 25 25 0,017 50 1.2 25 25 0,021 50 1.3 25 25 0,026 50 1.4 25 25 0,038 50 Débit de filtration Débit de Effet de puride l'eau liquide fication (%) ( 1/m 2 min) trouble ( 1) 1.1 103 14,4 6,5 1.2 105 12,5 6,0 1.3 125 16,4 7,5 1.4 129 18,1 8,0 * Degré de substitution DS 2550464 ' TABLEAU 2 Cellulose (proportions pondérales N des couches de filtration non traitée à 45 SR en %) cationisée DS* 0,023 Kieselguhr (%) 15 20 2.1 37,5 12,5 50 2.2 25 25 50 2.3 12,5 37,5 50 2.4 50 50 Débit de Débit Effet de Essai d'adsorpfiltration liquide purifica tion de colorant de l'eau 1 trouble ( 1) tion (M) (cm 3) (l-2 min) 2.1 166 13,5 12,5 180 2.2 219 15,1 15,0 290 2.3 204 17,6 11,5 360 2.4 181 15,5 12,5 460 * Degré de substitution DS REVENDICATIONS 1 Couche de filtration exempte d'amiante, contenant de la cellulose et des adjuvants de filtration, tels que le kieselguhr (terre de diatomées), la perlite, et autres substances analogues, ainsi que des substances ayant subi une modification cationique, caractérisée en ce que la substance ayant subi une modification cationique est de la cellulose en fibres, en fibres minuscules ou microfibres, sous forme granulée, sous forme pulvérulente ou 10 à la fois sous plusieurs de ces formes, à laquelle sont chimiquement fixés des groupes chimiques cationiques avec un degré de substitution compris entre 0,01 et 0,05; et en ce que cette cellulose cationisée constitue la totalité ou une partie de la cellulose contenue dans la couche de filtra15 tion, avec un taux de finesse sensiblement compris entre et 60 dans l'échelle de Schopper-Riegler. 2 Couche de filtration selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cellulose cationisée est constituée par une cellulose ayant été traitée par du chlorure de 20 2-hydroxy-3triméthylaminopropyle. 3 Couche de filtration selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cellulose cationisée est de la cellulose substituée par traitement par le chlorure de 2, 3époxypropyltriméthylammonium, à un degré de substitution 25 compris entre 0,01 et 0,05. 4 Couche de filtration selon l'une des revendications 1 à 3,caractérisée en ce qu'elle présente une composition pondérale comportant jusqu'à 60 % d'adjuvant de filtration pulvérulent, de 10 à 40 % de cellulose catio30 nisée broyée, à fibres allant des fibres courtes au microfibres, le reste étant constitué par une matière à longues fibres apte à feutrer ou former des feuilles filtrantes. Couche de filtration selon la revendication 4, caractérisée en ce que la matière à fibres longues apte à feutrer 35 ou former des feuilles contient de la cellulose non cationisée. 6 Couche de filtration selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la matière à fibres longues apte à feutrer ou à former des feuilles contient de la cellulose cationisée. 7 Couche de filtration selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la matière à fibres longues apte à feutrer ou former des feuilles contient des fibres de polyoléfine. 8 Couche de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la matière première de la cellulose cationisée, la matière à fibres longues apte à feutrer ou former des feuilles, ou ces deux matières, est ou sont constituées par de la cellulose de bois résineux, de bois feuillus, ou de ces deux types de bois. 9 Couche de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle a subi 15 un traitement par un bain de lavage acide, ayant un p H compris entre 2,5 et 1,5, pendant la mise en forme de la couche ou après celle-ci.