Brevet FR2687587A1 — publié le 19930827

L'invention concerne un corps de dimensions stables à pores ouverts, notamment pour des filtres servant à filtrer des substances liquides ou gazeuses, en tant que support de catalyseur, milieu de stockage par exemple pour des liquides, matériaux isolants ou matériaux de construc- tion léger. Un corps de filtre connu d'une manière générale est constitué par des fibres et est utilisé pour des filtres individuels ou des filtres de climatiseurs On uti- lise également des matériaux mousse à pores ouverts pour fabriquer des filtres Les caractéristiques d'absorption des structures formées de fibres et des matériaux mousse connus ont pour effet que les surfaces des fibres se char- gent comparativement rapidement avec des particules d'air chargé de substances nocives Des ponts de particules se forment entre les fibres et la résistance de traversée aug- mente très rapidement De ce fait il devient nécessaire de changer de filtre avant que l'ensemble de la membrane du filtre soit entièrement chargée de particules Il en va de même pour des -matériaux mousse à pores ouverts, dans les- quels les pores en forme de lobes sont obstrués très rapi- dement par des particules Des filtres possédant une ma- trice formée de fibres ou de matières plastiques à l'état de mousse à pores ouverts doivent par conséquent être dési- gnés comme étant peu économiques. L'invention a pour but de créer un corps du type indiqué, qui, dans le cas d'un accroissement rapide de la résistance à la traversée, possède simultanément une capa- cité de stockage accrue Ce problème est résolu grâce au fait que le corps possède des pores concaves. Dans le corps conforme à l'invention, une poro- sité obtenue au moyen de pores concaves ouverts permet d'obtenir une agglomération des particules en profondeur dans les pores L'espace central de liaison entre les pores reste ouvert pendant longtemps et n'est obstrué que lorsque tous les pores sont chargés au maximum par des particules. Il s'est avéré qu'un corps poreux concave possède une ré- sistance plus faible de traversée, pour une vitesse d'absorption simultanément accrue des particules, qu'une matrice filtrante formée de fibres ou d'une matière plas- tique à l'état de mousse Dans un filtre comportant des pores concaves, on peut obtenir, par rapport aux filtres connus, une relation plus optimale surface/volume des pores réalisant l'absorption Il s'est avéré que l'on peut obte- nir un volume de pores d'environ 80 % ou plus de l'ensemble du volume pour une stabilité simultanément suffisante du volume du corps Pour la fabrication d'un tel corps, il est par conséquent nécessaire d'utiliser une quantité plus faible du matériau de départ, ce qui simplifie et rend meilleur marché la fabrication et l'élimination des dé- chets. Conformément à une variante de réalisation de l'invention, le corps comporte des cavités concaves possé- dant une largeur de 20-60 pm et des passages entre les ca- vités, possédant une largeur de 10-50 pm Par exemple l'air traversant les cavités concaves peut tourbillonner dans ces dernières et les particules devant être écartées par fil- trage peuvent se déposer sur les parois et en profondeur dans les cavités Dans le cas d'un volume élevé de pores, chaque cavité concave est raccordée simultanément à plu- sieurs cavités voisines par l'intermédiaire de passages de courte longueur Par conséquent, étant donné qu'il existe un très grand nombre de passages, la résistance de traver- sée est également comparativement faible lorsqu'une partie de ces passages est obstruée par des particules Dans le cas de cavités contiguës, les passages sont nettement plus larges que longs La substance liquide ou gazeuse devant être filtrée peut par conséquent parvenir sans rencontrer une grande résistance, d'une cavité à l'autre Dans le cas de substances gazeuses, le tourbillonnement mentionné plus haut conduit cependant à une accumulation très rapide des particules sur les parois et en profondeur dans les pores ou les cavités Dans le cas d'une résistance de passage comparativement faible et d'une capacité de mémoire élevée, le corps conforme à l'invention est cependant extrêmement actif. Si en outre, conformément à une variante de réa- lisation de l'invention, le corps est réalisé en une ma- tière plastique biodégradable, ceci permet la libération des particules filtrées sans dépense importante d'une éner- gie technique Une combustion jusqu'alors usuelle des filtres qui doivent être jetés est par conséquent évitée. Une membrane de filtre chargée peut par exemple être hydro- lysée dans un environnement naturel et les particules peu- vent être libérées Les particules libérées peuvent être récupérées ou compactées séparément ou moyennant l'utilisa- tion de procédés chimiques ou physiques Le corps chargé de particules peut être introduit par exemple dans un bassin à eau, o après hydrolyse de la matrice du filtre, des parti- cules ayant des poids différents peuvent être séparées et récupérées par centrifugation Les particules filtrées peu- vent de ce fait être libérées sans dépense technique d'énergie, par séparation automatique. Une substance de départ particulièrement appro- priée pour la fabrication d'un corps conforme à l'invention est constituée par un mélange largement homogène formé no- tamment de cristaux de sel approximativement de largeur identique et d'une matrice dégradable Il s'est avéré qu'une telle substance de départ peut être très bien trai- tée et amenée à la forme appropriée très simplement par exemple par moulage par injection, pressage ou extrusion. Pour fabriquer un corps conformément à l'invention à partir de la substance de départ conformée, il suffit alors de dissoudre les cristaux, et à cet effet les cristaux sont de préférence solubles à l'eau Les cristaux peuvent être des cristaux de sel, par exemple du chlorure de sodium ou du chlorure de potassium Cependant, ils peuvent être égale- ment constitués de glucose. Conformément à un procédé particulièrement appro- prié pour fabriquer le corps conforme à l'invention ou la substance de départ, on mélange une matrice de préférence dégradable aux cristaux et on met en forme le mélange formé des cristaux de la matrice et enfin on élimine les cristaux par lavage La matrice dégradable peut être par exemple un bêta-polyhydroxybutyrate. On peut également mélanger des cristaux de sel dans la solution du polymère et faire évaporer le solvant. En choisissant des cristaux de sel d'une largeur supérieure ou plus petite, on peut modifier la largeur des pores et régler la caractéristique d'absorption sur des particules devant être filtrées. Avantageusement, il est également possible de fa- briquer simultanément, à partir du corps, des porte-filtres et des éléments de fixation en une ou plusieurs étapes opé- ratoires afin d'équiper, avec ces unités, différents boî- tiers de filtres existants De tels boîtiers de filtres sont par exemple déjà usuels dans l'industrie automobile. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: la figure 1 représente une coupe d'une partie d'une matrice de filtre connue; la figure 2 représente une coupe d'une partie d'un corps conforme à l'invention, à une échelle fortement accrue; la figure 3 représente une coupe d'une partie d'un corps chargé de particules, à l'échelle de la figure 2; et la figure 4 représente une coupe d'une sub- stance de départ servant à fabriquer le corps conforme à l'invention. La figure 1 représente une matrice de filtre 1 constituée d'un matériau mousse 2 possédant des pores en forme de lobes 3, qui sont reliés entre eux Les pores dé- bouchent également à l'extérieur de sorte que la matrice de filtre 1 est à pores ouverts Les liaisons des pores 3 à l'extérieur et à l'intérieur de la matrice 1 sont de préfé- rence des liaisons étroites et de forme tubulaire, en mé- lange, et sont à un faible degré en forme de bulles. La figure 2 montre une matrice de filtre 4 conforme à l'invention, qui possède un pourcentage en vo- lume, de préférence supérieur à 80 %, de pores concaves 7, qui sont reliés entre eux par l'intermédiaire de courts passages 6 et sont raccordés à la face extérieure de la ma- trice 4 Chaque pore approximativement sphérique 7 est rac- cordé en moyenne à plusieurs pores voisins 7 La largeur A des passages 6 est égale de préférence à environ 10-50 pm et la largeur B des pores 7 est égale en moyenne de préf é- rence à environ 20-60 pm La longueur des passages 6 est très faible, de préférence inférieure d'un multiple à leur largeur A Cette largeur et cette forme de pores peuvent être déterminées à l'aide de moyens simples grâce au choix de cristaux de sel appropriés Les cristaux de sel sont de préférence broyés et filtrés en fonction de la taille dési- rée des grains. La largeur B est choisie de manière que l'air traversant peut tourbillonner dans les pores 7 et, comme représenté sur la figure 3, des particules 8 peuvent s'accumuler dans ces pores 7 Les particules 8 sont par exemple des particules de carbone qui apparaissent dans l'air ambiant chargé de façon correspondante. Comme le montre nettement la figure 3, également dans le cas d'une matrice de filtre 5 chargée par des par- ticules 8, de nombreux passages 6, qui permettent le pas- sage de substances liquides ou gazeuses, sont ouverts La matrice de filtre 4 est constituée de préférence par une matrice plastique biodégradable 5 A cet effet, il est par- ticulièrement approprié d'utiliser du bêta-poly-hydroxybu- tyrate ou la matière plastique désignée sous l'appellation "Biopol" de la société ICI Ces matières plastiques peuvent être dégradées dans un environnement naturel par voie bac- térienne et/ou par hydrolyse Ceci peut s'effectuer dans un bassin ou dans le bassin de déjection d'une installation de clarification Les particules libérées 8 peuvent être à nouveau récupérées au moyen de procédés de séparation chi- miques ou physiques ou être compactées En fonction de leur densité différente de l'eau, les particules se déposent sur le fond, flottent à la surface ou restent en suspension. Grâce au choix approprié de, la matière plastique , par exemple grâce à une copolymérisation plus ou moins importante avec du valérate, le taux de dégration et par conséquent le taux de libération des particules peuvent être réglés Par conséquent on peut fabriquer une matrice de filtre 4, qui se décompose seule sous l'action de l'humidité de l'air ou requiert pour sa dégradation, un environnement microbien particulier Le taux de dégradation est fonction de l'utilisation prévue. En référence à la figure 4, on va décrire ci- après des procédés de fabrication appropriés. Conformément à un premier procédé, on mélange des granulés de Biopol à des cristaux de sel possédant un dia- mètre moyen d'environ 45 pm Les cristaux de sel sont constitués par exemple par du chlorure de sodium ou du chlorure de potassium Le pourcentage en poids des cristaux de sel est de préférence supérieur à plus de 80 % Ensuite, on met en forme, par exemple par pressage, le mélange qui est dans une large mesure homogène Ensuite,on évacue par lavage à l'eau les cristaux de sel, ce qui peut s'effectuer à la température ambiante ou à une température accrue. Éventuellement on fait sécher la matrice de filtre 4. Selon un autre procédé, on mouille les cristaux de sel, avant leur mélange, avec un solvant, de préférence du dichlorométhane Après l'introduction des granulés de Biopol en mélange, on met en forme également le mélange ho- mogène et on évacue ensuite par lavage les cristaux de sel. Conformément à un autre procédé, on mélange les cristaux de sel à une solution du polymère, qui est dis- soute dans un solvant organique, et on fait évaporer le solvant en augmentant la température ou en réduisant la pression Avec ce procédé, -on obtient une répartition par- ticulièrement homogène des cristaux de sel dans le poly- mère. Les procédés de fabrication mentionnés permettent un cycle opératoire dans une large mesure fermé A cet ef- fet, on chauffe la lessive saline obtenue après lavage, on condense l'eau évaporée et on broie à nouveau le sel re- cristallisé On mélange à nouveau les granulés de Biopol au sel broyé On peut également réutiliser l'eau évaporée pour éliminer par lavage les cristaux de sel. Une matière plastique appropriée pour la fabrica- tion de la matrice de filtre 4 est de préférence une ma- tière thermoplastique De telles matières incluent de pré- férence des composés cellulosiques, de l'acétate de cellu- lose, des composés d'acide lactique, des composés d'acide butyrique et des composés d'acide glycolique. La figure 4 montre nettement la disposition dense des cristaux 10 enchâssés dans la matrice 4 et qui forment la substance de départ 9 Les point de contact 11 des cris- taux 10 forment, après extraction par lavage des cristaux, les passages 6 représentés sur la figure 2 La largeur et la forme des pores ou des cavités 7 de la matrice de filtre 4 sont naturellement déterminées par la forme et la taille des cristaux 10 Il s'est avéré que même dans le cas de pourcentages très élevés de cristaux 10, par exemple jusqu'à un pourcentage en poids d'environ 95 %, la matrice de filtre 4 possède des dimensions stables. La substance de départ 9 représentée sur la fi- gure 4 peut être traitée de différentes manières et être mise sous la forme appropriée Par exemple, la substance de départ 9 peut être traitée par moulage par injection, mou- lage avec cylindrage, pressage à froid et analogue La forme appropriée peut être également obtenue par extrusion, pressage à froid ou pressage à chaud La matrice de filtre 4 peut avoir par exemple la forme d'une feuille. Lors de la mise en forme du matériau de départ 9, on peut également former des porte-filtres ou des élé- ments de fixation avec la matrice de filtre active 4 La matrice de filtre 4 forme alors, par zone, par exemple un cadre d'un filtre De même on peut former par exemple des pattes ou des éléments de fixation semblables Un tel filtre convient particulièrement pour le filtrage de l'air d'alimentation dans des cabines de véhicules automobiles. Pour améliorer la stabilité des dimensions, on peut mélanger au corps 4 des fibres non représentées ici. Ces fibres sont de préférence également dégradables et pro- voquées par exemple à partir de polymères d'acide lactique ou d'acide butyrique Mais on peut également imaginer d'utiliser des fibres de carbone, de verre, d'aramide ou d'autres éléments renforçateurs orientés Le pourcentage des fibres est fonction de l'utilisation du corps et notam- ment de la charge à supporter. Le corps conforme à l'invention convient égale- ment en tant qu'objet pour lequel la construction légère est essentielle, par exemple en tant qu'élément de vais- selle, couvert, matériau d'emballage, matériau d'isolation acoustique, en tant qu'article ménager ou en tant que sup- port de denrées alimentaires ou en tant que récipient Dans le cas d'un support pour denrées alimentaires et médica- ments, il est en outre possible de réaliser la délivrance dosée de la denrée alimentaire ou du médicament en raison de la caractéristique à pores ouverts. REVENDICATIONS 1 Corps de dimensions stables à pores ouverts, notamment pour des filtres servant à filtrer des substances liquides ou gazeuses, en tant que support de catalyseur, milieu de stockage par exemple pour des liquides, matériau isolant ou matériau de construction léger, caractérisé en ce qu'il comporte des pores concaves. 2 Corps selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des cavités concaves ( 7) possédant une largeur (B) de 20-60 pm et des passages entre les cavités, possédant une largeur (A) de 10-50 pm. 3 Corps selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le volume des pores est égal au moins à environ 80 % du volume total. 4 Corps selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé en une ma- tière plastique dégradable et notamment biodégradable ou dégradable par hydrolyse. Corps selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière plastique est dégradable par action mi- crobienne. 6 Substance de départ pour la fabrication d'un corps selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisée en ce qu'elle est constituée par un mélange es- sentiellement homogène de cristaux de même largeur et d'une matrice de matière plastique. 7 Substance de départ selon la revendication 6, caractérisée en ce que les cristaux sont des critaux de sel bien solubles à l'eau. 8 Substance de départ selon la revendication 7, caractérisée en ce que les cristaux sont constitués par du chlorure de sodium ou du chlorure de potassium ou du glu- cose. 9 Procédé pour fabriquer un corps selon la re- vendication 1 ou une substance selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes opératoires suivantes: a) on mélange une matière plastique à des cristaux possé- dant un diamètre extérieur compris en moyenne entre en- viron 20 et 60 pm, b) on extrude, on presse, on lamine le mélange ou on l'amène par moulage par injection à avoir une forme prédéterminée, c) on fait croître les cristaux. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on mélange mécaniquement les cristaux et la ma- tière plastique sous la forme d'une poudre ou de granulés. 11 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on délaye les cristaux dans une masse fondue. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 11, caractérisé en ce qu'avant le mélange on mouille les cristaux avec un solvant ou qu'on les recouvre d'une matière plastique favorisant le glissement. 13 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute en mélange les cristaux d'une solution de la matière plastique dégradable, qui est dissoute au moyen d'un solvant et qu'après le mélange, on retire le solvant, par exemple en l'évaporant. 14 Filtre formé d'un corps selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que des porte-filtres ou des éléments de fixation sont formés sur le corps et que ces supports ou ces éléments sont consti- tués par le même matériau que la partie formant filtre.