Brevet FR3133325A1 — publié le 20230915

L’invention concerne un procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique comportant les étapes suivantes : Fourniture d’un mélange support (110), comportant au moins un polymère thermoplastique ; Fourniture d’un mélange actif (120), comportant : au moins un polymère organique, au moins un photocatalyseur à une concentration d’au moins 10 % en poids par rapport au poids de mélange actif, au moins un agent couplant résistant à l’oxydation, Filage (130) d’une fibre multi-composante à partir des mélanges support et actif ; Elimination (160) de l’au moins un polymère organique en surface de la fibre multi-composante de façon à générer une fibre multi-composante photocatalytique. L’invention concerne également une fibre multi-composante, un textile et un filtre. Figure à publier avec l’abrégé : figure 1 PROCEDE DE FABRICATION D’UNE FIBRE MULTI-COMPOSANTE PHOTOCATALYTIQUE ET FIBRE MULTI-COMPOSANTE PHOTOCATALYTIQUE. L’invention concerne le domaine du textile. En particulier, l’invention concerne le domaine des fibres textiles. L’invention concerne plus précisément un procédé de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique ainsi qu’une fibre multi-composante photocatalytique en tant que telle. En outre, l’invention concerne un textile comportant une fibre multi-composante photocatalytique ainsi qu’un filtre doté d’au moins un textile selon l’invention. Ci-après, nous décrivons l’art antérieur connu à partir duquel l’invention a été développée. La pollution de l’air et de l’eau n’a cessé d’augmenter ces dernières années. La présence de molécules organiques ou inorganiques dans l’air et/ou l’eau est surveillée de façon assidue. En effet, il a été prouvé que la pollution de l’air entraine d’une part de nombreuses pathologies (cardiorespiratoire ou encore certains cancers par exemple) mais également une détérioration et une pollution aggravées de l’environnement. De même, la pollution des eaux (nappe phréatique, lac, rivière, mer et océan) ne cesse de croître au détriment de la faune et de la flore. Aussi, de nombreux appareils de purification (de l’air et/ ou de l’eau) se sont développés. Ces appareils se destinent en particulier à l’élimination de polluants, pathogènes ou encore allergènes. Ces appareils de purification fonctionnent généralement par un procédé physique par exemple par filtre ou dépoussiéreur électrostatique, ou encore par absorption des polluants sur des matériaux (comme les charbons actifs par exemple), ou par destruction ou inactivation à l’aide de rayons ultraviolets ou par photocatalyse. Certains systèmes combinent plus d’une technologie et chaque appareil de purification peut présenter des avantages et des risques différents. Dans le domaine du traitement de l’air, les photocatalyseurs sont des matériaux qui peuvent décomposer la matière sans émission de polluants secondaires. Le TiO 2 est l’un des photocatalyseurs les plus utilisé. C’est un matériau semi-conducteur qui permet diverses réactions redox dont notamment la décomposition des polluants en utilisant les caractéristiques liées à l'absorption de la lumière et plus précisément dans le domaine de l’UV. De plus, le TiO 2 outre sa forte photoactivité, est un matériau stable qui présente des rendements élevés et qui de façon particulièrement avantageuse pour l’industrie est peu coûteux. Le procédé de traitement mis en œuvre par les purificateurs photocatalytiques permet la décomposition et la dégradation de polluants sous l'action de rayons lumineux à la surface d'un photocatalyseur, généralement du dioxyde de titane (TiO 2 ). Le procédé permet de détruire les composés organiques volatils, les polluants inorganiques et les microorganismes. Le processus finalisé produit essentiellement de l'eau et du dioxyde de carbone. Pour les purificateurs photocatalytiques, le photocatalyseur est généralement déposé sur la surface d'un substrat. Le photocatalyseur peut être déposé sous forme de poudre, de suspension ou de solution. Ce type de dépôt à la surface d’un substrat peut entrainer la formation d’agrégats de photocatalyseur, et un recouvrement seulement partiel sur de faibles épaisseurs. Dans ce cadre, le photocatalyseur à tendance à se décrocher de son substrat facilement, ce qui rend inactif le substrat sur lequel il était déposé très rapidement. En outre, il a été proposé des liants pouvant être ajoutés pour améliorer l’adhérence du TiO 2 au substrat. Toutefois, de tels liants peuvent diminuer drastiquement l’efficacité photocatalytique. Enfin, l’imprégnation d’une surface avec un mélange comportant un photocatalyseur peut modifier fortement la dynamique des fluides au niveau de la surface imprégnée et diminuer drastiquement l’efficacité photocatalytique et augmenter la perte de charge dans le purificateur d’air. Récemment, il a été proposé d’utiliser des fibres composites comportant des polymères et des faibles quantités de photocatalyseur pour former des filtres pour purificateurs d’air. Néanmoins avec ces techniques, le photocatalyseur est piégé dans la fibre photocatalytique de façon aléatoire ce qui réduit considérablement son efficacité. Ainsi une fibre peut comprendre des agrégats de TiO 2 ou à l’inverse des zones sans TiO 2 . De plus, la présence d’agrégats dans le polymère peut entraver les étapes ultérieures de fabrication comme le filage lorsque le substrat est sous forme de fibres. En outre, actuellement la plupart des substrats pour fixer le TiO 2 comprennent des fibres issues de fibres de verre, de céramique, de minéral argileux, zéolite, plaque métallique, cellulose ou encore de charbon actif. Or, ces substrats sont d’une part particulièrement fragiles et d’autre part très peu flexibles ce qui entraine une limitation dans la géométrie des purificateurs qui se ressemblent tous à l’heure actuelle. En effet, lors du filage, les fibres sont étirées, chauffées et refroidies à plusieurs reprises. Les fibres peuvent alors subir des dommages tels que des fissures voir des ruptures. En particulier ces fibres peuvent être étirées à outrance et subir une perte de masse, une perte de charge voire une chute de force. Ceci limite grandement la mise en forme et la géométrie des textiles et donc des photocatalyseurs. Par ailleurs, lors d’une industrialisation, il devient très difficile d’assurer une bonne capacité et efficacité d’un photocatalyseur basé sur des fibres contenant du TiO 2 . D’une part afin d’assurer de bonnes performances photocatalytiques, il faut intégrer dans la fibre une quantité suffisante de photocatalyseur tout en assurant une fluidité suffisante de la matrice lors du filage et une répartition homogène du TiO 2 , et d’autre part, il est nécessaire d’assurer un filage optimal de sorte que les fibres préservent leurs caractéristiques mécaniques et leur maniabilité tout en limitant la perte de charge. Afin de remédier aux problèmes d’agrégats et d’assurer une dispersion optimale du TiO 2 il a par exemple été proposé dans le document US2020282387 un polymère d'oxyde de titane linéaire. Dans ce document, le revêtement est formé par frittage d’une solution comprenant le polymère pouvant être déposée sur un substrat sous forme de fibres. Néanmoins, dans ce document, le substrat est de préférence rugueux avec des surfaces externes en protubérances. Ceci permet d’améliorer l’adhérence du TiO 2 au substrat mais accentue la formation d’agrégats de TiO 2 en surface. En outre, le frittage confère une forte rigidité à la structure, ce qui réduit la maniabilité et empêche toute mise en forme. De plus, un tel produit est très friable et très fragile ce qui limite notamment la réduction de son épaisseur pour réduire la perte de charge. D’autres techniques ont été développées comme par exemple un procédé de fabrication de fibres macroscopiques de TiO 2 par extrusion en continu en flux unidirectionnel décrit dans le document EP3126550. Un tel procédé permet de produire à grande échelle des fibres macroscopiques de TiO 2 . Cependant, afin de pouvoir obtenir des bonnes performances photocatalytiques, le polymère est entièrement calciné après la fabrication des fibres qui ne contiennent alors plus que du TiO 2 et sont extrêmement cassantes. Leur résistance mécanique après calcination ne permet pas d’appliquer un flux d’air assez puissant pour son utilisation dans un purificateur d’air. L’invention a pour but de remédier aux inconvénients de l’art antérieur. En particulier, l’invention a pour but de proposer un procédé de fabrication d’une fibre multi-composante à forte concentration surfacique de photocatalyseur, présentant une répartition homogène du photocatalyseur de sorte à optimiser l’efficacité d’un purificateur d’air photocatalytique utilisant cette fibre, tout en permettant de proposer un tissu malléable pouvant supporter différentes mises en forme tout en conservant une forte perméabilité à l'air. L’invention vise à pallier ces inconvénients. L’invention vise en particulier un procédé de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique comportant les étapes suivantes : Fournir un mélange support, ledit mélange support comportant au moins un polymère thermoplastique ou un précurseur de polymère thermoplastique ; Fournir un mélange actif, ledit mélange actif comportant : au moins un polymère organique ou un précurseur de polymère organique, au moins un photocatalyseur à une concentration d’au moins 10 % en poids par rapport au poids de mélange actif, au moins un agent couplant résistant à l’oxydation, de préférence un silane ; ou un précurseur d’agent couplant résistant à l’oxydation, Filage d’une fibre multi-composante à partir des mélanges support et actif ; Elimination de l’au moins un polymère organique en surface de la fibre multi-composante de façon à générer une fibre multi-composante photocatalytique. La demanderesse a développé un procédé capable de générer une fibre multi-composante photocatalytique présentant un taux de photocatalyseur élevé, une répartition en surface du photocatalyseur homogène tout en étant déformable et présentant des caractéristiques mécaniques compatibles avec leur utilisation dans un purificateur d’air. En effet, l’étape d’élimination permet de former une surface inorganique, de préférence majoritairement inorganique, comportant le photocatalyseur au contact d’un support polymérique thermoplastique. La demanderesse a développé en particulier un mélange support et un mélange actif qui combinés permettent d’assurer la production d’une fibre flexible présentant une forte teneur du photocatalyseur en surface et une répartition homogène en surface du photocatalyseur de sorte que les agrégats de photocatalyseur soient réduits ou inexistants, et que la surface de la fibre soit majoritairement recouverte de photocatalyseur. En outre, un tel procédé donne également la possibilité de filer des fibres sans rupture, fissure, ou encore chute de force. Ainsi, un procédé selon l’invention permet de répondre aux besoins et notamment de proposer la génération d’une fibre multi-composante photocatalytique à forte concentration surfacique de photocatalyseur de sorte à optimiser la capacité et l’efficacité du photocatalyseur, et sa répartition homogène procurant une surface de fibre multi-composante poreuse avec peu ou pas d’agrégats tout en étant malléable afin de pouvoir répondre à différentes mises en forme. Selon d’autres caractéristiques optionnelles du procédé, ce dernier peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison : l’élimination de l’au moins un polymère organique en surface de la fibre multi-composante comprend une calcination de surface de façon à générer une surface inorganique au contact d’un support polymérique thermoplastique. Ceci permet d’une part d’activer le photocatalyseur et d’autre part d’assurer une répartition homogène, tout en assurant une surface poreuse à la fibre multi-composante photocatalytique pour améliorer les échanges avec l’air ; le ou les polymères thermoplastiques du mélange support sont sélectionnés parmi les polymères thermoplastiques présentant une température de fusion comprise entre 100 °C et 350 °C. Ces polymères thermoplastiques du mélange support sont de préférence biosourcés et/ou biodégradables ; il comporte une extrusion et/ou une coextrusion du mélange support et/ou du mélange actif ; le mélange support et le mélange actif présentent des indices de fluidité à chaud mesurés selon la norme ISO 1133, tels que l’écart entre l’indice de fluidité à chaud du mélange actif et l’indice de fluidité à chaud du mélange support est inférieur ou égal à 20 %. Ceci permet un meilleur contrôle de la viscosité des mélanges support et actif afin d’assurer un filage optimal sans rupture, et/ou chute de force. En outre, cela peut permettre d’assurer des propriétés mécaniques optimisées à la fibre multi-composante photocatalytique, lors du filage la fibre multi-composante présente un taux de gaine compris entre 5 % et 50 % calculé selon la formule . Ce qui peut assurer une répartition homogène du photocatalyseur et réduit l’effet collier de perle. Selon un deuxième objet, l’invention porte sur une fibre multi-composante photocatalytique comportant : un support polymérique thermoplastique, et Une surface inorganique ; le support polymérique thermoplastique comportant au moins un polymère thermoplastique, et la surface inorganique comportant un réseau d’agent couplant, résistant à l’oxydation, associé à un photocatalyseur. Selon d’autres caractéristiques optionnelles de la fibre multi-composante photocatalytique, cette dernière peut inclure facultativement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison : elle présente un diamètre inférieur ou égal à 150 µm, la surface inorganique présente une épaisseur d’au moins 500 nm, Selon un troisième objet, l’invention porte sur un textile comportant au moins une fibre multi-composante photocatalytique selon l’invention. Un tel textile selon l’invention est flexible et malléable. Selon un quatrième objet, l’invention porte sur un f iltre comportant au moins un textile selon l’invention. Un tel filtre peut présenter des géométries variables par exemple plissé contrairement aux filtres existants. En outre, un filtre selon l’invention peut être de conformation adaptée par exemple sur-mesure contrairement aux filtres existants. Selon un cinquième objet, l’invention porte sur un é purateur d'air photocatalytique doté d’au moins un filtre selon l’invention, d'un système de ventilation et d’un système d’illumination ultraviolet apte à illuminer l’au moins un filtre ; ledit ventilateur étant agencé de façon à véhiculer de l’air depuis une entrée du système d’épuration à une sortie du système d’épuration à travers le filtre. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. La représente un diagramme d’un procédé de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique selon un mode de réalisation de l’invention. La représente un schéma présentant différentes section de fibres multi-composantes photocatalytiques selon l’invention. La représente un cliché d’une fibre multi-composante photocatalytique selon un mode de réalisation de l’invention, selon un grossissement x80 par microscopie électronique à balayage (MEB). Les figures ne respectent pas nécessairement les échelles, notamment en épaisseur, et ce à des fins d’illustration. Des aspects de la présente invention sont décrits en référence à des organigrammes et / ou à des schémas fonctionnels de procédés et d'appareils (systèmes) selon des modes de réalisation de l'invention. Sur les figures, les organigrammes et les schémas fonctionnels illustrent l'architecture, la fonctionnalité et le fonctionnement d'implémentations possibles de systèmes et de procédés selon divers modes de réalisation de la présente invention. Dans certaines implémentations, les fonctions associées aux blocs peuvent apparaître dans un ordre différent que celui indiqué sur les figures. Par exemple, deux blocs montrés successivement peuvent, en fait, être exécutés sensiblement simultanément, ou les blocs peuvent parfois être exécutés dans l'ordre inverse, en fonction de la fonctionnalité impliquée. Procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique comportant les étapes suivantes : Fournir un mélange support (110), ledit mélange support comportant au moins un polymère thermoplastique ou un précurseur de polymère thermoplastique ; Fournir d’un mélange actif (120), ledit mélange actif comportant : au moins un polymère organique ou un précurseur de polymère organique, au moins un photocatalyseur à une concentration d’au moins 10 % en poids par rapport au poids de mélange actif, au moins un agent couplant résistant à l’oxydation, de préférence un silane ; ou un précurseur d’agent couplant résistant à l’oxydation, Filage (130) d’une fibre multi-composante à partir des mélanges support et actif ; Elimination (160) de l’au moins un polymère organique en surface de la fibre multi-composante de façon à générer une fibre multi-composante photocatalytique. Procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élimination de l’au moins un polymère organique en surface de la fibre multi-composante comprend une calcination de surface de façon à générer une surface inorganique au contact d’un support polymérique thermoplastique. Procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou les polymères thermoplastiques du mélange support sont sélectionnés parmi des polymères thermoplastiques présentant une température de fusion comprise entre 100 °C et 350 °C. Procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une extrusion et/ou une coextrusion du mélange support et/ou du mélange actif. Procédé (100) de fabrication d’une fibre multi-composante photocatalytique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors du filage la fibre multi-composante présente un taux de gaine compris entre 5 % et 50 % calculé selon la formule . Fibre multi-composante photocatalytique comportant Un support polymérique thermoplastique, et Une surface inorganique ; le support polymérique thermoplastique comportant au moins un polymère thermoplastique, et la surface inorganique comportant un réseau d’agent couplant résistant à l’oxydation et de photocatalyseur. Fibre multi-composante photocatalytique selon la revendication 6, caractérisée en ce qu’elle présente un diamètre inférieur ou égal à 150 µm. Fibre multi-composante photocatalytique selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu’elle présente une surface inorganique d’une épaisseur d’au moins 500 nm. Textile comportant au moins une fibre multi-composante photocatalytique selon l’une des revendications 6 à 8. Filtre comportant au moins un textile selon la revendication 9. Epurateur d'air photocatalytique doté d’au moins un filtre selon la revendication 10, d'un système de ventilation et d’un système d’illumination ultraviolet apte à illuminer l’au moins un filtre ; ledit ventilateur étant agencé de façon à véhiculer de l’air depuis une entrée du système d’épuration à une sortie du système d’épuration à travers le filtre.