Brevet FR2744649A1 — publié le 19970814

I Procédé pour augmenter la mouillabilité d'un corps poreux et dispositif de mise en oeuvre du procédé La présente invention concerne un procédé pour augmenter la mouillabilité d'un corps poreux vis-à-vis d'un fluide et son dispositif de mise en oeuvre. Dans de nombreuses applications industrielles, on cherche à augmenter notablement la mouillabilité de corps poreux, c'est-à-dire leur caractère hydrophile à l'égard des liquides ou des gaz. Différents procédés sont déjà utilisés à ce jour. Il est connu par exemple de tremper le corps poreux à traiter dans un bain contenant des agents tensio-actifs, puis de chauffer le corps poreux afin d'éliminer par évaporation l'eau renfermée dans ce corps poreux. Ce procédé est fastidieux à mettre en oeuvre et nécessite de chauffer le corps poreux, ce qui peut provoquer des modifications indésirables dans sa structure ou sa forme lorsque ce corps est constitué de matières à point de fusion relativement bas. Lorsque le corps poreux est fabriqué à partir de poudres moulées, notamment par frittage, il est connu soit de mélanger aux poudres un agent tensio-actif solide, également en poudre, soit d'utiliser des poudres déjà traitées hydrophiles. Cependant, lors de la réalisation du corps poreux à partir de ces poudres, il est nécessaire de chauffer celles-ci pour obtenir la cohésion du corps poreux. Ainsi, lors d'un procédé de moulage par frittage, des températures de l'ordre de 200 à 250 C sont fréquemment atteintes. Ce chauffage a pour effet de perturber le caractère hydrophile des poudres et les propriétés des agents tensio-actifs. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités et de proposer un procédé de traitement directement applicable au corps poreux déjà formé, sans chauffage de celui-ci. Conformément à l'invention, le procédé est caractérisé en ce qu'on soumet le corps poreux, dans une enceinte de traitement, à un plasma d'azote généré par une décharge d'onde électromagnétique sur un gaz d'azote. Le plasma d'azote obtenu est ainsi utilisé pour augmenter la mouillabilité de manière homogène d'un corps poreux vis-à-vis des fluides. On connaissait l'utilisation des plasmas différés d'azote pour augmenter l'adhésivité de surfaces de matériaux polymères, notamment du polypropylène. Une telle utilisation est décrite dans le brevet européen 88 401 329.3. Or, de manière surprenante, le plasma d'azote pénètre à l'intérieur même du corps poreux, les atomes d'azote libres n'étant pas pour autant désactivés, ce qui permet ainsi de traiter le corps poreux dans sa masse et de le rendre hydrophile de manière homogène. Ce procédé de traitement permet d'éviter toute montée en température du corps poreux. Enfin, contrairement à ce qu'enseignait l'ouvrage intitulé "Plasma froid dans la fabrication des matériaux" (Cold Plasma in Materials Fabrication) de A.F. GRILL, I.E.E.E. Press, Inc New York, page 156, 1993, aucun dépôt ne se forme à l'intérieur du corps poreux et n'obture celui-ci, ce qui présente l'avantage de ne pas modifier la taille des pores du corps ainsi traité. Dans l'ouvrage précité, le traitement de corps poreux par plasma froid d'hélium ou d'oxygène, a pour objet de réduire la taille des pores à la surface du corps, voire de les obturer. De manière inattendue, même des corps de très faible porosité, de l'ordre de 1 gm, peuvent être traités par le procédé conforme à l'invention, sans que leur caractère poreux soit affecté. De préférence, le gaz d'azote comprend une proportion d'oxygène comprise entre 1% et 5% de la pression totale du gaz. Le dopage du gaz d'azote par l'oxygène permet d'améliorer encore l'action du plasma d'azote sur le corps poreux. Selon une version avantageuse de l'invention, le plasma d'azote dans l'enceinte de traitement est un plasma d'azote en post-décharge ionique ou en post- décharge non-ionique lointaine. En effectuant le traitement dans une enceinte relativement éloignée de la zone de décharge dans laquelle est généré le plasma, on peut utiliser une enceinte de traitement de grandes dimensions permettant de procéder au traitement simultané de nombreux corps poreux. De préférence, la température à l'intérieur de l'enceinte de traitement est sensiblement égale à la température ambiante. Selon une version avantageuse de l'invention, le corps poreux est composé de poudres frittées. Le procédé conforme à l'invention permet ainsi de traiter le produit dans sa forme et structure finales. Le caractère hydrophile du corps poreux n'est donc pas perturbé par des étapes ultérieures de fabrication. Selon un autre aspect de l'invention, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé comprend: - des moyens pour fournir un gaz d'azote dans une cavité de décharge; - des moyens pour introduire une onde électromagnétique dans la cavité de décharge et générer un plasma d'azote; et - des moyens formant enceinte pour contenir le corps poreux à traiter et le plasma d'azote. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci- après: Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma illustrant un dispositif conforme à un mode de réalisation de o10 l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II à la figure 1; - la figure 3A est une vue en coupe illustrant la mouillabilité d'un corps poreux traité par un procédé de l'art antérieur; et - la figure 3B est une vue en coupe analogue à la figure 3A d'un corps poreux traité par le procédé conforme à l'invention. On va d'abord décrire en référence à la figure 1, un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention pour la mise en oeuvre d'un procédé pour augmenter la mouillabilité d'un corps poreux 20 vis-à- vis d'un fluide. Le dispositif comprend des moyens 10, 11 pour fournir un gaz d'azote dans une cavité de décharge 12. De préférence, le gaz d'azote comprend une faible proportion d'oxygène, de l'ordre de 1 à 5% de la pression totale du gaz. Une source d'azote gazeux 10 et une source d'oxygène 11 sont ainsi reliées à la cavité de décharge 12. Des moyens 13, 14 pour introduire une onde électromagnétique dans la cavité de décharge 12, comprennent un générateur d'ondes 14 qui, par l'intermédiaire d'un magnétron, permet de produire une onde électromagnétique dans la cavité de décharge 12. La plage de fréquences pouvant être utilisée est très large: on choisit généralement des fréquences micro-ondes de l'ordre de 880-915 MHz ou 2450 MHz. Des fréquences inférieures, de l'ordre 13,56 MHz; 27,12 MHz ou 433 MHz peuvent également être utilisées. Un tube guide d'ondes est prévu entre la sortie du générateur 14 et la cavité de décharge 12. Un circulateur d'eau 13 est prévu autour de ce tube guide d'ondes pour refroidir ce dernier. Une enceinte 15 est prévue pour introduire le plasma, de manière différée par rapport à la zone de décharge, dans une enceinte de traitement 16 susceptible de contenir le corps poreux à traiter. L'enceinte 15 s'étend entre la cavité de décharge 12 et l'enceinte de traitement 16. Comme illustré à la figure 2, l'enceinte de traitement 16 comprend un réacteur rotatif 17 dans lequel sont brassés les corps poreux 20 à traiter. Un grand nombre de corps 20 peut être traité simultanément. Le réacteur 17 est entraîné en rotation de manière connue par un moteur 18, des saillies 17a internes au réacteur permettant de brasser les corps poreux 20. Une porte 16a est prévue sur une face de l'enceinte de traitement 16 afin d'introduire et de sortir les produits à traiter. Comme bien illustré à la figure 1 par les différentes flèches, le plasma différé d'azote traverse l'enceinte de traitement 16 et le réacteur 17 et est ensuite récupéré par un groupe de pompage 19. Ce groupe de pompage 19 permet de créer une dépression dans l'enceinte de traitement, de sorte que le plasma d'azote est aspiré dans l'enceinte de traitement 16. Lors de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention par le dispositif décrit ci-dessus, le corps poreux 20 est soumis à un plasma froid différé d'azote dans l'enceinte de traitement 16, c'est-à-dire à un plasma d'azote en post-décharge non-ionique lointaine. Le corps poreux 20 peut être composé de poudres frittées, telles que par exemple des poudres de polyéthylène ou polypropylène. Il peut être composé d'un ou de plusieurs matériaux polymères ou composites. Ces corps poreux 20 sont généralement obtenus par frittage à une température de l'ordre de 220 C. Les poudres utilisées ont fréquemment une granulométrie comprise entre 1 et 1000 im, le corps poreux ayant alors une porosité comprise dans un intervalle de 1 à 50 gm. D'autres corps poreux 20 peuvent également être traités efficacement par le procédé conforme à l'invention: c'est le cas notamment, à titre d'exemples non limitatifs, des fibres textiles, naturelles ou synthétiques, du type acryliques, polyester, des plastiques divers, céramiques... Dans une application de ce procédé, le corps poreux 20, tel qu'illustré en coupe à la figure 3B, est une pointe d'écriture d'un marqueur, cette pointe étant apte à être en contact avec un réservoir d'encre. Ces pointes de feutres ou de marqueurs sont généralement fabriquées par frittage à partir de poudres de polyéthylène ou de polypropylène comme expliqué ci- dessus. Sur les figures 3A et 3B, l'encre est illustrée en trait épais, à l'intérieur des pores du corps poreux 20. On voit alors que, grâce au procédé conforme à l'invention, la pointe 20 représentée à la figure 3B est rendue mouillable de manière homogène et dans toute sa masse. Au contraire, la pointe 20 illustrée en coupe à la figure 3A, traitée par un procédé classique, ne présente pas le caractère hydrophile de manière homogène dans sa masse. L'encre ne pénètre dans les pores du corps 20 de la figure 3A qu'en surface, alors que dans les pointes traitées par le procédé conforme à l'invention, l'encre est absorbée dans les pores de la pointe, jusqu'en son centre.(voir figure 3B). Une autre utilisation du procédé conforme à l'invention consiste à traiter des membranes de filtration, notamment pour la mise en oeuvre ultérieure de filtrations sélectives. Le procédé conforme à l'invention peut également être utilisé pour traiter, en tant que corps poreux, une membrane d'électrolyse ou d'électrophorèse. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux exemples décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le traitement des corps poreux peut être réalisé directement dans la cavité de décharge 12, c'est-à-dire avec un plasma d'azote de décharge. Le traitement peut également être réalisé dans l'enceinte 15, entre la cavité de décharge 12 et l'enceinte de traitement 16 éloignée, dans une zone o le plasma d'azote est en post-décharge ionique. L'enceinte de traitement 16 peut être disposée à une distance plus ou moins grande de la zone de décharge,de sorte que le plasma d'azote dans l'enceinte de traitement est, soit en post-décharge ionique, soit en post-décharge non-ionique lointaine. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter de manière homogène la mouillabilité d'un corps poreux (20) vis-à-vis d'un fluide, caractérisé en ce qu'on soumet ledit corps poreux (20), dans une enceinte de traitement (12,15,16), à un plasma d'azote généré par une décharge d'onde électromagnétique sur un gaz d'azote. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma d'azote dans l'enceinte de traitement (15) est un plasma d'azote en post- décharge ionique. 3. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma d'azote dans l'enceinte de traitement (16) est un plasma en post-décharge non- ionique lointaine. 4. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz d'azote comprend une proportion d'oxygène comprise entre 1 et 5% de la pression totale du gaz. 5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température à l'intérieur de l'enceinte de traitement (15,16) est sensiblement égale à la température ambiante. 6. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps poreux est composé d'un ou de plusieurs matériaux polymères ou composites. 7. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps poreux (20) est composé de poudres frittées. 8. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps poreux (20) comprend du polyéthylène. 9. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps poreux (20) comprend du polypropylène. 10. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le corps poreux (20) est composé de fibres textiles. 11. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps poreux (20) a une porosité comprise entre 1 et 50 gm. 12. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens (10, 11) pour fournir un gaz d'azote dans une cavité de décharge (12); - des moyens (13, 14) pour introduire une onde électromagnétique dans ladite cavité de décharge (12) et générer un plasma d'azote; et - des moyens formant enceinte (12,15,16) pour contenir le corps poreux (20) à traiter et le plasma d'azote. 13. Dispositif conforme à la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (15) s'étendant entre la cavité de décharge (12) et une enceinte de traitement (16), adaptée à introduire le plasma d'azote dans l'enceinte de traitement (16). 14. Dispositif conforme à la revendication 13 caractérisé en ce que l'enceinte de traitement (16) comprend un réacteur rotatif (17) dans lequel sont brassés plusieurs corps poreux (20) à traiter. 15. Utilisation dudit procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit corps poreux est une pointe d'écriture d'un marqueur, ladite pointe étant apte à être en contact avec un réservoir d'encre. 16. Utilisation du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit corps poreux est une membrane de filtration. 17. Utilisation du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que ledit corps poreux est une membrane d'électrolyse ou d'électrophorèse.