Brevet FR2752173A1 — publié le 19980213

La présente invention concerne une structure poreuse à couche de polymère, à utiliser notamment pour séparer une matière particulaire d'un milieu aqueux par filtration. La structure poreuse à couche de polymère de l'invention trouve une application particulière dans la filtration du kaolin. Il est connu de séparer des particules de kaolin de milieux aqueux par filtration en utilisant des filtres rotatifs à tambour. Un filtre rotatif à tambour classique comprend un tambour circulaire divisé en plusieurs sections axiales séparées, espacées à des intervalles prédéterminés autour du tambour, dont chacune est connectée à une conduite de filtrat séparée. Ces conduites mènent, en passant par le centre du tambour, à un côté ou aux deux côtés du tambour, à une vanne rotative à vide et à des récepteurs de filtrat liquide sous vide. Chaque section ou panneau est séparée par une rainure ou encoche de matage qui peut être en forme de queue d'aronde. La toile filtrante est ajustée autour de la circonférence du tambour sous forme d'une toile d'une seule pièce et matée dans une ou plusieurs des rainures de matage. En variante, des pièces séparées de toile filtrante peuvent être ajustées de façon à couvrir un ou plusieurs des panneaux et matées dans les rainures, le tambour étant entièrement recouvert de cette manière. Le tambour rotatif est partiellement immergé dans un bac rempli d'une suspension contenant la matière particu- laire et un liquide aqueux. A mesure que le tambour pénètre dans la suspension, le liquide est aspiré dans les comparti- ments par un vide et traverse la toile pour entrer dans le compartiment d'o le liquide est transporté par une conduite vers l'extérieur du filtre. La matière solide retenue par la toile forme un gâteau qui est ensuite lavé par pulvérisation d'un liquide tel que l'eau. Le gâteau solide séparé par filtration est enlevé au moyen de lames racleuses appelées des racles ou au moyen d'un rouleau essuyeur. La toile filtrante peut également quitter le tambour pour que le déchargement soit effectué, ce qui est appelé le "Système de Déchargement par Courroie", auquel cas la toile filtrante n'est matée dans aucune des rainures axiales. Traditionnellement, la filtration de matière particulaire fine et la filtration de certaines qualités de kaolin ont opéré avec un rendement d'environ 2,0 à 6,0 %, en sorte que 94 à 98 % des particules solides de kaolin étaient retrouvées dans le filtrat liquide. Ce rendement de réten- tion est considéré comme très mauvais. Dans pratiquement toutes les applications de filtration, par exemple la filtration du kaolin, le principe est que les particules solides sont filtrées ou retenues par le tissu filtrant sur la surface et dans la structure jusqu'à formation d'une couche ou épaisseur de particules qui agit ensuite comme milieu filtrant retenant les parti- cules restantes à filtrer pendant un cycle prescrit. Les particules de kaolin, TiO2, pigment et autre matière particulaire fine, ayant généralement une taille de particules d'environ 2 micromètres ou moins, lorsqu'elles sont filtrées avec des tissus classiques, sont recueillies, une certaine proportion des particules passant à travers le tissu et échappant à la capture. Un but de la présente invention est de remplacer la toile filtrante classique par un milieu filtrant qui retient la couche initiale de matière solide, en conduisant ainsi à un accroissement du rendement de rétention. On a découvert le fait surprenant que l'utilisation d'un tissu enduit particulier peut améliorer de nombreux ordres de grandeur le rendement de filtration des particules de kaolin dans des milieux aqueux. Un but de la présente invention est donc de fournir un tissu enduit qui maximise le rendement de filtration du kaolin. Selon la présente invention, il est proposé l'utili- sation d'une structure poreuse à couche de polymère pour séparer des particules de kaolin d'un milieu aqueux par filtration, la structure poreuse à couche de polymère comprenant un substrat textile et un polymère coagulé. La structure poreuse à couche de polymère de la présente invention s'est révélée, de façon surprenante, améliorer le taux de rétention de la filtration jusqu'à 99,97 % de matière solide, comparé au rendement de 2 à 6 % des procédés traditionnels antérieurs. La structure polymérique poreuse peut être appliquée à l'une ou aux deux faces, ou à la structure interne, de tous les types de tissus textiles, tissés et non-tissés utilisés comme substrat. De préférence, l'enduit polymère du tissu de séparation de phases consiste en un enduit de polyuréthanne à base de polyéther. Le polymère peut également être dérivé d'un polyester, d'une polyéthercétone, de caprolactame ou de carbonate. Le substrat, qui constitue le tissu de support de la structure poreuse à couche de polymère, est choisi pour être compatible avec la structure poreuse et les conditions chimiques de l'application de filtration. De préférence, le substrat est un tissu tissé en polyester. Le substrat peut comprendre une chaîne de fils de fibres discontinues en PET de 2/8, c'est-à-dire deux fils entrelacés contenant 8 filaments chacun, tissée en une armure sergé 2/1 à 23 à 75 fils par cm avec une trame de fils de fibres discontinues en PET de 1/4, c'est à dire un fil simple contenant quatre filaments, à 9 duites par cm. Un tel substrat donne un tissu ayant un poids par unité 2 de surface d'environ 440 g/m2. Le substrat peut se composer d'un feutre aiguilleté, c'est-à-dire d'une nappe sur base. Il peut être choisi parmi des tissus tissés, des stratifiés et des combinaisons de couches tissées et non-tissées. Il est préférable de choisir un substrat approprié permettant une filtration en surface ainsi qu'une filtration en profondeur dans laquelle le milieu interne sert de région séparatrice de phases. La filtration en surface est normalement réalisée en utilisant des tissus revêtus ou tissés, tandis que la filtration en profondeur l'est en utilisant des feutres aiguilletés ou des tissus non-tissés. Avec les toiles filtrantes classiques, le tissu a une tendance au "colmatage" qui est l'accumulation de matière particulaire dans la structure du tissu. Ces particules restent dans le tissu lorsque le gâteau est retiré, ce qui réduit la capacité de la toile filtrante à laisser passer le filtrat, et les débits de production ne sont donc pas maintenus. La structure poreuse à couche de polymère empêche l'accumulation de matière particulaire à l'intérieur du tissu de support, et, en conséquence, il a été constaté que les débits de production sont maintenus. Le substrat peut être enduit sur les deux faces. De préférence, il est enduit sur une seule face avec un enduit polymère. La couche d'enduit finale est suffisamment épaisse pour recouvrir au moins une face du substrat de support, de préférence dans un intervalle d'épaisseur d'environ 0,1 à 1,0 mm, de préférence 0,3 à 0,8 mm, et mieux encore en une épaisseur de 0,5 mm. De préférence, la taille des pores du filtre poreux à couche de polymère est d'environ 3 à 6 micromètres, et mieux encore d'environ 4 micromètres. La perméabilité du tissu peut aller jusqu'à 0,3398 m3/min (12 cfm), de préférence elle est de 0,0283 m3/min (1 cfm) à 0,1132 m3/min (4 cfm). Il est préférable que la surface séparatrice de phases du tissu soit très lisse pour assurer de bonnes propriétés de libération du gâteau de filtration. La coagulation de l'enduit polymère peut être effectuée dans du DMF en utilisant une solution à 10 à 20 % de matière sèche par application des techniques convention- nelles de coagulation dans le DMF. Le polymère coagulé est de préférence expansé en mousse, cette expansion ayant lieu simultanément à la coagulation ou immédiatement après la coagulation. L'expan- sion peut être effectuée par des moyens physiques ou en utilisant un agent moussant chimique. L'agent moussant comprend de préférence un hydrocarbure halogéné à bas point d'ébullition, insoluble dans l'eau. L'hydrocarbure halogéné a de préférence un point d'ébullition compris dans l'inter- valle de 10 C à 60 C, et mieux encore dans l'intervalle de 40 C à 50 C. Des agents moussants préférés comprennent le 1,2-dibromo-1,1,2,2-tétrafluoréthane et le trichloro- fluoréthane. L'expansion et/ou la coagulation du polymère peuvent être réalisées en chauffant le substrat textile enduit imprégné, de préférence en présence d'un agent de coagulation thermique. Des agents de coagulation thermique appropriés comprennent un éther de vinyle et d'alkyle et ses dérivés, des polyacétals, des polythioéthers, le poly(oxyde d'éthy- lène) et ses dérivés, et le poly(oxyde de propylène/oxyde d'éthylène) et ses dérivés. L'agent de coagulation thermique peut être incorporé au squelette du polymère. Habituelle- ment, un chauffage à une température d'environ 70 C provoque uniquement une coagulation. Un chauffage au-dessus de cette température provoque généralement aussi une expansion si un agent moussant est présent. La coagulation peut également être réalisée en ajoutant un électrolyte approprié et/ou en faisant varier le pH du latex de polymère. Par exemple, avec les polymères cationiques, la coagulation peut se produire à un pH alcalin et, pour les polymères anioniques, la coagulation se produit à un pH acide. Un chauffage peut ensuite être effectué pour produire une expansion satisfaisante. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un filtre poreux à couche de polymère destiné à séparer des particules de kaolin d'un milieu aqueux par filtration, comprenant les étapes consis- tant à enduire et/ou imprégner un substrat textile avec un polymère, chauffer le substrat, puis coaguler le polymère. Selon des modes de réalisation préférés de l'inven- tion: - l'étape de chauffage a lieu en présence d'un agent de coagulation thermique. - l'étape de chauffage a lieu en présence d'un agent de coagulation thermique tel qu'un éther de vinyle et d'alkyle et ses dérivés, des polyacétals, des polythio- éthers, le poly(oxyde d'éthylène) et ses dérivés, et le poly(oxyde de propylène/oxyde d'éthylène) et ses dérivés. - l'agent de coagulation thermique est présent dans le squelette du polymère. - la coagulation est réalisée en ajoutant un électrolyte approprié et/ou en faisant varier le pH du latex de poly- mère. - le procédé comprend une expansion du polymère, l'expansion ayant lieu simultanément à la coagulation ou immédiatement après la coagulation. - le procédé comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, de préférence un hydrocarbure halogéné de bas point d'ébullition, insoluble dans l'eau. - le procédé comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, l'agent moussant ayant un point d'ébullition situé dans l'intervalle de C à 60 C, et de préférence dans l'intervalle de 40 C à 50 C. - le procédé comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, l'agent moussant étant le 1,2-dibromo-1,1,2, 2-tétrafluoréthane ou le trichlorofluoréthane. L'enduit peut être appliqué par n'importe quelle technique d'enduction, par exemple l'enduction à la racle, l'enduction au trempé, l'enduction au cylindre lécheur, la sérigraphie ou la pulvérisation. On peut employer des5 techniques à rouleau inversé. REVENDICATIONS 1. Procédé de filtration pour séparer des particules de kaolin d'un milieu aqueux, caractérisé par l'utilisation d'un filtre poreux à couche de polymère, ledit filtre poreux à couche de polymère comprenant un substrat textile enduit ou imprégné d'un polymère coagulé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat textile est tissé ou non-tissé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat textile est un tissu tissé en polyester. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat textile comprend une chaîne de fils de fibres discontinues en PET de 2/8 tissée en une armure sergé 2/1 à 23 à 75 fils par cm avec une trame de fils de fibres discontinues de 1/4. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat comprend un tissu ayant un poids par unité de surface d'environ 440 g/m2. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est constitué d'un feutre aiguilleté. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est un substrat permettant une filtration en surface ainsi qu'une filtration en profondeur. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est constitué d'un polyuréthanne à base de polyéther. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est dérivé d'un polyester, d'une poly- éthercétone, de caprolactame ou de carbonate. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère coagulé est appliqué à une face ou aux deux faces du substrat textile et facultativement à la structure interne du substrat textile. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est appliqué sur au moins une face du substrat textile et facultativement à la structure interne du substrat textile en une épaisseur d'environ 0,1 à 1,0 mm. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est appliqué sur au moins une face du substrat textile et facultativement à la structure interne du substrat textile en une épaisseur d'environ 0,3 à 0,8 mm. 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est appliqué sur au moins une face du substrat textile et facultativement à la structure interne du substrat textile en une épaisseur d'environ 0,5 mm. 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre poreux à couche de polymère a une taille de pores d'environ 3 à 6 micromètres. 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre poreux à couche de polymère a une taille de pores d'environ 4 micromètres. 16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perméabilité du filtre poreux à couche de polymère est d'au plus environ 0,3398 m3/min (12 cfm). 17. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la perméabilité du filtre poreux à couche de polymère est d'environ 0,0283 m /min (1 cfm) à 0,1132 m3/min (4 cfm). 18. Procédé de fabrication d'un filtre poreux à couche de polymère destiné à séparer des particules de kaolin d'un milieu aqueux par filtration, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à enduire et/ou imprégner un substrat textile avec un polymère, chauffer le substrat, puis coaguler le polymère. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape de chauffage a lieu en présence d'un agent de coagulation thermique. 20. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'étape de chauffage a lieu en présence d'un agent de coagulation thermique tel qu'un éther de vinyle et d'alkyle et ses dérivés, des polyacétals, des polythioéthers, le poly(oxyde d'éthylène) et ses dérivés, et le poly(oxyde de propylène/oxyde d'éthylène) et ses dérivés. 21. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'agent de coagulation thermique est présent dans le squelette du polymère. 22. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la coagulation est réalisée en ajoutant un élec- trolyte approprié et/ou en faisant varier le pH du latex de polymère. 23. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une expansion du polymère, l'expansion ayant lieu simultanément à la coagulation ou immédiatement après la coagulation. 24. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, de préférence un hydrocarbure halogéné de bas point d'ébullition, insoluble dans l'eau. 25. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, l'agent moussant ayant un point d'ébullition situé dans l'intervalle de 10 C à C, et de préférence dans l'intervalle de 40 C à 50 C. 26. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend une expansion du polymère réalisée en utilisant un agent moussant chimique, l'agent moussant étant le 1,2-dibromo-1,1,2,2-tétrafluoréthane ou le trichloro- fluoréthane.