Brevet FR2757087A1 — publié le 19980619

PROCÉDE D'UTILISATION DE MOUSSE D'AMIDON SOLUBLE DANS L'EAU POUR RÉCUPÉRER DES PARTICULES DE PEINTURE PULVERISEE La présente invention concerne de façon générale un procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau en tant que filtre à air jetable, et en particulier un procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau pour récupé- rer dans l'air des particules de peinture pulvérisée en excès. Divers procédés de récupération de peinture pulvérisée en excès à partir de cabines de pulvérisation de peinture utili- sent des filtres à air jetables. Un procédé pour récupérer des particules de peinture pulvérisée dans un agencement à filtre de type à chicane est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4193777 délivré le 18 mars 1980 à François-Xavier J. de la Rivière. Les chicanes de la Rivière sont revêtues d'un revêtement pouvant fondre à chaud tel que de la paraffine ou autre cire. Après avoir été revêtues des particules pulvérisées, les chicanes sont chauffées à une température supérieure au point de fusion du revêtement et le revêtement saturé en peinture est enlevé des chicanes. Des filtres à air utilisés pour filtrer de l'air s'échappant de cabines de pulvérisation de peinture comprennent typiquement un élément de filtrage formé de mousse plastique, de laine de verre, ou de polyester ou d'autres éléments de filtrage jetables. Quand de tels filtres deviennent inefficaces après une certaine durée d'utilisation, l'élément de filtrage dans lequel sont piégées les particules de peinture est enlevé et remplacé par un élément neuf. Jeter des éléments de filtrage utilisés pose un problème en raison de l'existence des particules de peinture piégées qui peuvent contenir des composants qui sont classés coxmme indésirables et/ou dangereux pour l'environnement. Il est donc souhaitable de prévoir un filtre à air et/ou un procédé pour lequel les particules de peinture piégées peuvent être récupérées pour un usage ultérieur. Un filtre décomposable comprenant un milieu de filtrage en un matériau soluble dans l'eau est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3616603 délivré le 2 novembre 1971 à John Glenn Warner. Les matériaux de filtrage solubles dans l'eau pro- posés par Warner consistent en deux polymères de synthèse et qua- tre dérivés de cellulose modifiés chimiquement. Il est souhaitable de prévoir un procédé d'utilisation d'un milieu de filtrage d'air facilement décomposable et soluble dans l'eau pour récupérer des particules de peinture pulvérisée en piégeant ou en maintenant les particules de peinture pulvé- risée sur le milieu de filtrage. Il est souhaitable de prévoir un procédé d'utilisation d'un milieu de filtrage de l'air facilement soluble dans l'eau qui permette une séparation et une récupéra- tion de la peinture piégée sans nécessiter de traitement supplé- mentaire pour séparer de la cire, des composés polymères ou d'autres matériaux indésirables associés au filtre des particules de peinture. Il est également souhaitable de prévoir un procédé de récupération de peinture dans lequel l'élément de filtrage d'air soit biodégradable et puisse être jeté d'une façon non nui- sible à l'environnement. Il est enfin souhaitable que l'élément de filtrage soit facilement soluble dans l'eau sans modification chimique supplémentaire du filtre pour le rendre soluble dans l'eau, entraînant ainsi une économie de travail, de matière et de coût. L'élément de filtrage d'air utilisé dans le procédé mettant en oeuvre la présente invention est facilement soluble dans l'eau permettant ainsi la séparation et la récupération ultérieure des particules de peinture recueillies par le filtre. La présente invention vise à pallier les problèmes exposés ci-dessus. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré- voit un procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau pour récupérer des particules de peinture pulvérisée dans l'air, comprenant les étapes consistant à faire passer un flux d'air contenant des particules de peinture pulvérisée à travers une structure de filtre à air comprenant un élément de filtrage, l'élément de filtrage consistant essentiellement en une mousse d'amidon soluble dans l'eau; recueillir les particules de pein- ture pulvérisée en excès sur l'élément de filtrage; mettre l'élément de filtrage contenant les particules de peinture pulvé- risée recueillies dans un récipient contenant de l'eau; dissoudre l'élément de filtrage dans l'eau et former une solution aqueuse d'amidon dans l'eau; et séparer les particules de peinture pul- vérisée de la solution aqueuse d'amidon dissous dans l'eau. Selon un mode de réalisation de la présente invention, après séparation des particules de peinture pulvérisée en excès de la solution aqueuse d'amidon dissous dans l'eau, les parti- cules de peinture séparées sont pulvérisées et utilisées comme base pour former une peinture recyclée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de dissolution de l'élément de filtrage dans l'eau comprend au moins le chauffage de l'eau, l'addition d'un composé alcalin à l'eau, l'addition d'un agent oxydant à l'eau, et une ozonisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, après séparation des particules de peinture pulvérisées en excès de la solution aqueuse d'amidon dissous dans l'eau, ce procédé comprend en outre les étapes consistant à laver les particules de peinture séparées pour enlever sensiblement tout l'amidon des particules; filtrer les particules de peinture lavées; sécher les particules de peinture filtrées jusqu'à une teneur en humi- dité inférieure à 1%; pulvériser les particules de peinture séchées à une dimension nominale inférieure à 20 micrométres; et mélanger les particules de peinture pulvérisées à un liant, un solvant et autres matériaux propres à former une composition de peinture. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément de filtrage consiste essentiellement en au moins 99% de mousse d'amidon soluble dans l'eau et pas plus d'environ 1% d'un agent hydrophobe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'agent hydrophobe est de la silice hydrophobe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la mousse d'amidon soluble dans l'eau est non modifiée chimique- ment. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la mousse d'amidon soluble dans l'eau a une structure poreuse à cellules ouvertes interconnectées propre à piéger des particules de peinture portées par un flux d'air passant à travers l'élément de filtrage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la mousse d'amidon soluble dans l'eau a une structure non poreuse à cellules fermées propre à piéger des particules de peinture portées par un flux d'air frappant la surface de l'élément de filtrage. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est un organigramme illustrant le procédé selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe explosée d'un filtre à air utilisant une mousse d'amidon soluble dans l'eau en tant qu'élément de filtrage d'air selon un mode de réalisation du pro- cédé de la présente invention; et la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un fil- tre à air de type à chicane utilisant une mousse d'amidon soluble dans l'eau en tant qu'élément de filtrage d'air selon un autre mode de réalisation du procédé selon la présente invention. Dans le mode de réalisation préféré de la présente in- vention, tel que représenté en figure 1, le procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau pour récupérer des parti- cules de peinture pulvérisée en excès dans l'air inclut l'étape qui consiste à faire passer un flux d'air contenant des parti- cules de peinture pulvérisée en excès à travers une structure de filtre à air comprenant un élément de filtrage consistant essen- tiellement en une mousse d'amidon soluble dans l'eau. Les parti- cules de peinture pulvérisée en excès sont recueillies sur l'élé- ment de filtrage. L'élément de filtrage contenant les particules de peinture pulvérisée recueillies est mis dans un récipient contenant de l'eau. L'élément de filtrage est dissous dans l'eau et il se forme une solution aqueuse d'amidon dans l'eau. Les par- ticules de peinture pulvérisée en excès sont séparées de la solu- tion aqueuse d'amidon dissous dans l'eau. La figure 2 représente une structure de filtre à air 10 pour mettre en oeuvre un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel la structure de filtre à air 10 comprend un élément de filtrage 12 et une structure de maintien ou de support 14. De préférence, la structure support 14 peut être séparée de l'élément de filtrage 12 et réutilisée. Comme cela est représenté en figure 2, la structure support 14 comprend deux éléments de cadre 16 fixés l'un à l'autre par des moyens de fixation tels que des boulons 18. A titre de variante, les élé- ments de trame peuvent être constitués de façon à s'encliqueter l'un dans l'autre et sont maintenus de façon fixe par un élément de verrouillage ou par un montage entre éléments de contact des éléments de cadre. En outre, la structure support 14 peut faire partie intégrante d'une structure plus grande, par exemple un chassis de paroi d'une cabine de pulvérisation de peinture. Par exemple, l'élément de filtrage 12 peut être maintenu en place de façon amovible par de grands écrans à mailles ouvertes ou par des fentes dans des rails latéraux d'un support de filtre ou par une combinaison des agencements décrits ci-dessus. La structure de filtrage pour mettre en oeuvre le pro- cédé selon la présente invention peut également comprendre un ou plusieurs éléments ou écrans de pré-filtrage. Les éléments de pré- filtrage peuvent commodément être formés d'un type à cellule plus ouverte du même matériau que celui de l'élément de filtrage primaire 12. Selon la présente invention, il est souhaitable que l'élément de filtrage 12 soit constitué d'un matériau biodégrada- ble et il est essentiel qu'il soit facilement soluble dans l'eau. Le terme "facilement soluble" tel qu'il est utilisé ici en ce qui concerne les propriétés du matériau désigne un matériau qui peut être dissous dans l'eau, à température ambiante, et avec la seule assistance d'un mélange ou agitation à une vitesse telle que au moins 90% en volume du matériau sera dissous dans l'eau et for- mera avec celle-ci une solution aqueuse sensiblement uniforme en une durée inférieure à une heure. De façon générale, des maté- riaux facilement solubles, tels que des matériaux poreux de mousse d'amidon soluble dans l'eau décrits ci-après en relation avec le mode de réalisation préféré de la présente invention, se dissolvent dans l'eau en quelques secondes ou, au plus, en moins d'une minute. Des matériaux non poreux de mousse d'amidon solu- bles dans l'eau que l'on propose d'utiliser dans une variante de réalisation de la présente invention peuvent nécessiter jusqu'à environ dix minutes pour se dissoudre dans l'eau à température ambiante. Il a été découvert que la mousse d'amidon soluble dans l'eau est particulièrement appropriée à la formation d'un élément de filtrage dans le procédé selon la présente invention. Le terme "amidon soluble" est utilisé ici dans sa signification couramment répandue qui est définie dans le dictionnaire McGraw-Hill des termes scientifiques et techniques, 5ème édition, comme étant "un groupe de polymères solubles dans l'eau formés à partir d'ami- dons, tels que les amidons dérivés du maïs ou des pommes de terre, par acétylation, hydrolyse acide ou chloration ou par action d'enzymes pour former des acétates, des éthers et des esters d'amidon; utilisés comme agents d'encollage textile, agents émulsifiants et revêtements de papier". Des exemples de tels matériaux comprennent des plaques ou des feuilles de mousse d'amidon gélifiée tel que l'amidon décrit dans la demande de brevet PCT N WO 83/02955. La mousse d'amidon décrite dans cette demande de brevet PCT est un matériau à cellules ouvertes utile dans diverses applications, par exemple des feuilles ou des produits de remplissage en mousse pour l'emballage. Un autre exemple de matériau adapté à être utilisé pour la formation de l'élément de filtrage 12 pour le procédé d'utilisation de mousse d'amidon mettant en oeuvre la présente invention est une forme à cellules ouvertes d'amidon à haute amy- lose décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 5153037 déli- vré le 6 octobre 1992 à Paul A. Altieri. Le matériau amidon d'Altieri est un amidon expansé et est proposé pour être utilisé comme matériau d'emballage dans le brevet 5153037. Les deux pro- duits amidon décrits ci-dessus sont facilement solubles dans l'eau et sont biodégradables, évitant ainsi des problèmes écolo- giques attribuables aux matériaux de filtrage. D'autres matériaux adaptés au procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau en tant qu'élément de filtrage d'air pour filtrer des particules de peinture dans l'air sont des fibres d'amidon qui peuvent être tissées ou mises en tresse en couche pour former un élément similaire aux filtres domestiques usuels en laine de verre. De façon souhaitable dans un mode de réalisation parti- culier de la présente invention, l'élément de filtrage 12 doit être suffisamment poreux pour qu'il n'y ait pas de chute exces- sive de pression d'air de part et d'autre du filtre et doit avoir une dimension de pores suffisante pour piéger efficacement une particule de peinture de diamètre minimum prédéterminé. Typique- ment, les pores peuvent avoir des dimensions de 0,3 à 10 pm. Pour cette raison, la surface de l'élément de filtrage doit contenir d'environ 5 à environ 200 pores par pouce carré (environ 1 à 32 pores par cm2) et avoir une épaisseur suffisante pour piéger les particules portées par l'air sans provoquer une chute indésirable de pression d'air, c'est-à- dire sans inhiber indûment le débit d'air dans le filtre. De préférence, le matériau constituant l'élément de filtrage poreux 12 est une mousse d'amidon soluble dans l'eau non modifié chimiquement. De la mousse d'amidon ou amidon expansé est facilement soluble dans l'eau à température ambiante qu'il soit chimiquement modifié ou non. Le but d'une modification chimique de l'amidon, par exemple par les procédés susmentionnés dans le dictionnaire de McGraw-Hill, est de rompre en partie le caractère cristallin à l'intérieur du granulé d'amidon tout en maintenant intact le granulé. Cette interruption facilite la pénétration d'eau dans le granulé. Toutefois, quand l'amidon est mis en mousse, par exemple par expansion par extrusion, la forme en gra- nulés de l'amidon est totalement rompue et en conséquence rendue facilement soluble. Dans le procédé d'expansion par extrusion, une petite quantité d'eau, typiquement d'environ 15 à 20 % est ajoutée à la poudre d'amidon, mélangée, mise sous pression et transportée dans un dispositif d'extrusion vers une buse de décharge au niveau de laquelle le mélange sous pression se dilate lors de l'expulsion de la buse. Il est en conséquence souhaitable que tous les modes de réalisation de la présente invention utili- sent de la mousse d'amidon qu'elle soit chimiquement modifiée ou non. Egalement, selon le mode de réalisation particulier, la mousse d'amidon peut avoir une structure à cellules ouvertes interconnectées poreuses ou une structure à cellules fermées non poreuses. Si le filtre mettant en oeuvre le procédé selon la pré- sente invention doit être utilisé dans des environnements très humides, il est souhaitable de mélanger une petite quantité d'agent hydrophobe tel que de la silice fumée à l'amidon, pour former un mélange qui ne modifie pas chimiquement l'amidon. Par exemple, on peut mélanger 0,25 % de silice hydrophobe fumée à l'amidon avant le moussage pour conférer des propriétés hydro- phobes au filtre. Il peut également être souhaitable d'insérer un ou plu- sieurs éléments de pré-filtrage dans la structure de filtre 10 pour piéger des particules et des débris plus grands avant que le flux d'air chargé de pulvérisations en excès ne passe à travers l'élément de filtrage primaire. Avec un tel agencement, le pre- mier filtre, c'est-à-dire l'élément de filtrage 12 que le flux d'air rencontre en premier aura des pores relativement grands et servira de pré-filtre. Ainsi, on peut voir que l'épaisseur de l'élément de filtrage dépend de la surface totale de la structure de filtre, de la porosité d'un élément de filtrage ou, si on uti- lise des éléments de pré-filtrage, des divers éléments de fil- trage, et des exigences de débit d'air de la cabine de pulvérisa- tion. La figure 3 représente une variante de la présente invention dans laquelle l'élément de filtrage 12 est constitué de mousse d'amidon soluble dans l'eau qui est formée selon des pla- ques en chicane allongées 20 qui sont disposées pour former un trajet d'air en circuit ou en labyrinthe pour un flux d'air chargé de particules. Avec cette structure, le matériau particu- lier porté par le flux d'air est déposé sur la surface des pla- ques en chicane 20 tandis que la direction de parcours de l'air change. En conséquence, avec cette agencement de filtrage, il n'est pas nécessaire que la mousse d'amidon soluble dans l'eau soit poreuse car la capture des particules de peinture de l'air ne dépend pas du flux d'air à travers l'élément 12 mais plutôt de l'incidence sur la surface de l'élément 12. Dans les deux cas, la structure de filtre à air 10 a de façon classique des côtés d'entrée et de sortie. Dans le mode de réalisation préféré, l'élément de filtrage 12 est constitué d'une mousse d'amidon poreuse soluble dans l'eau. Dans la variante de réalisation décrite ci-dessus, l'élément de filtrage 12 peut, si on le souhaite, être constitué d'une mousse d'amidon soluble dans l'eau non poreuse. Dans les deux agencements, l'élément de fil- trage 12 consiste essentiellement en mousse d'amidon soluble dans l'eau. De façon importante, la solubilité dans l'eau du filtre à mousse d'amidon permet une séparation simple des particules de peinture pulvérisée collectées sur la surface ou dans les pores des filtres sans requérir de modification chimique supplémentaire du filtre. La séparation des particules d'air recueillies de l'élément de filtrage peut facilement être réalisée en déposant simplement l'élément de filtrage 12 contenant les particules de peinture piégées dans un récipient d'eau. Si on le souhaite, un alcalin tel que de l'hydroxyde de sodium ou de l'hydroxyde de potassium peut être ajouté au bain d'eau en quantité suffisante pour fournir un pH d'au moins 8,5 pour augmenter la solubilité de l'élément de filtrage à mousse d'amidon. A titre de variante, pour la même raison, le bain d'eau peut être chauffé à une température supérieure à environ 120 F (environ 50 C) ou bien indépendamment ou bien en même temps que l'on ajoute un alcalin. Des agents d'oxydation peuvent être uti- lisés pour augmenter encore les caractéristiques favorables de solubilité de la mousse d'amidon dans l'eau. Par exemple, l'ami- don est facilement oxydé par du peroxyde d'hydrogène ou du dioxyde de chlore, d'o il résulte une dégradation des chaînes d'amidon en fragments très solubles à faible poids moléculaire. Egalement, la solubilité de la mousse d'amidon dans l'eau peut être augmentée par ozonisation. Des combinaisons de composés alcalins, d'agents oxydants ou de traitement par ozonisation, avec ou sans chauffage, peuvent également être très efficaces pour permettre une libération des particules de peinture filtrées à partir du flux d'air passant à travers ou frappant la surface de l'élément de filtrage à mousse d'amidon. Apres que l'élément de filtrage 12 a été dissous, les particules de peinture peuvent être enlevées par séparation méca- nique, par exemple par centrifugation, filtrage, pelage ou décan- tation. Apres séparation, les particules de peinture séparées sont de façon souhaitable traitées pour produire une peinture récupérée de qualité ou autre produit recyclé. De préférence, les particules de peinture séparées sont lavées dans de l 'eau claire pour enlever tout amidon restant et filtrées à nouveau avant séchage des particules de peinture jusqu'à une teneur en humidité inférieure à 1% en poids. Des procédés pour traiter des parti- cules de peinture séparées sont décrits dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique N 5092928 délivré le 3 mars 1992 à l'inventeur de la présente invention sous le titre "Process for Recovering Paint Overspray Particles". Les particules de peinture séchées sont alors pulvérisées à moins de 20 micromètres. Les particules de base peuvent également être utilisées de la façon décrite dans la demande de brevet susmentionnée pour former une peinture recy- clée de haute qualité ou un additif économique pour une formula- tion de peinture. Application industrielle La structure de filtre d'air 10 mettant en oeuvre le procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la présente invention est particulièrement utile pour recueillir des particules de peinture pulvérisée entraînées dans l'air de sortie de cabines de peinture par pulvérisation. Les particules sont facilement séparées de l'élément de filtrage 12 par dissolu- tion de l'élément de filtrage à mousse d'amidon dans de l'eau ou autre solvant approprié. Dans le mode de réalisation préféré de la présente invention, l'élément de filtrage 12 est constitué d'une mousse d'amidon poreuse soluble dans l'eau. Dans ce mode de réalisation, les particules de peinture piégées par l'élément de filtrage 12 sont séparées par dissolution de l'élément dans l'eau. L'amidon est biodégradable et ne pose aucun problème connu de sécurité d'environnement. Après séparation, les particules de peinture peuvent être traitées pour former la base d'une peinture recyclée de haute qualité ou pour d'autres utilisations, par exemple pour des revêtements de sol. REVENDICATIONS 1. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau pour récupérer des particules de peinture pulvérisée dans l'air, comprenant les étapes suivantes: faire passer un flux d'air contenant des particules de peinture pulvérisée à travers une structure de filtre à air (10) comprenant un élément de filtrage (12), l'élément de filtrage (12) consistant essentiellement en une mousse d'amidon soluble dans l'eau; recueillir les particules de peinture pulvérisée en excès sur l'élément de filtrage (12); mettre l'élément de filtrage (12) contenant les parti- cules de peinture pulvérisée recueillies dans un récipient conte- nant de l'eau; dissoudre l'élément de filtrage dans l'eau et former une solution aqueuse d'amidon dans l'eau; et séparer les particules de peinture pulvérisée de la solution aqueuse d'amidon dissous dans l'eau. 2. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans lequel, après sépara- tion des particules de peinture pulvérisée en excès de la solu- tion aqueuse d'amidon dissous dans l'eau, les particules de pein- ture séparées sont pulvérisées et utilisées comme base pour for- mer une peinture recyclée. 3. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans lequel l'étape de dissolution de l'élément de filtrage (12) dans l'eau comprend au moins le chauffage de l'eau, l'addition d'un composé alcalin à l'eau, l'addition d'un agent oxydant à l'eau, et une ozonisation. 4. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans lequel, après sépara- tion des particules de peinture pulvérisée en excès de la solu- tion aqueuse d'amidon dissous dans l'eau, ce procédé comprend en outre les étapes suivantes: laver les particules de peinture séparées pour enlever sensiblement tout l'amidon des particules; filtrer les particules de peinture lavées; sécher les particules de peinture filtrées jusqu'à une teneur en humidité inférieure à 1%; pulvériser les particules de peinture séchées à une dimension nominale inférieure à 20 micromètres; et mélanger les particules de peinture pulvérisées à un liant, un solvant et autres matériaux propres à former une compo- sition de peinture. 5. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 1, dans lequel l'élément de filtrage (12) consiste essentiellement en au moins 99% de mousse d'amidon soluble dans l'eau et pas plus d'environ 1% d'un agent hydrophobe. 6. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 5, dans lequel l'agent hydro- phobe est de la silice hydrophobe. 7. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 5, dans lequel la mousse d'ami- don soluble dans l'eau est non modifiée chimiquement. 8. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 5, dans lequel la mousse d'ami- don soluble dans l'eau a une structure poreuse à cellules ouver- tes interconnectées propre à piéger des particules de peinture portées par un flux d'air passant à travers l'élément de filtrage (12). 9. Procédé d'utilisation de mousse d'amidon soluble dans l'eau selon la revendication 5, dans lequel la mousse d'ami- don soluble dans l'eau a une structure non poreuse à cellules fermées propre à piéger des particules de peinture portées par un flux d'air frappant la surface de l'élément de filtrage (12).