INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans un mode de réalisation, et en particulier lorsque l’étape d) comporte un séchage par voie supercritique, la mousse intermédiaire est soumise, à l’étape c), de préférence au début de l’étape c), à une température inférieure à la température de solidification de la mousse intermédiaire, de préférence jusqu’à congélation complète de ladite mousse intermédiaire.
L'invention concerne encore l'utilisation d'une mousse céramique poreuse selon l'invention ou d'une mousse céramique fabriquée au moyen d'un procédé selon l'invention, pour des supports de catalyse, pour la filtration de liquides ou de gaz chauds, comme diffuseur (pièce chauffée laissant passer le mélange air/gaz nécessaire à la combustion) dans un brûleur à gaz, dans un récepteur volumétrique solaire, en anglais " solar volumetric receiver ", ou comme pièce de gazetterie (supports de cuisson).
L’invention concerne enfin un appareil de traitement de gaz, de préférence de l’air, en particulier de l’air à température ambiante (20°C), comportant : - une mousse céramique selon l’invention ou fabriquée suivant un procédé selon l’invention, - de préférence, un circulateur dudit gaz configuré pour générer un flux de gaz à traiter à travers ladite mousse céramique.
L’appareil de traitement peut être un appareil filtrant activement le gaz, par exemple un climatiseur ou un chauffage insufflant de l’air, en particulier un appareil électrique. Il comporte alors un circulateur d’air configuré pour générer un flux d’air à traiter à travers la mousse céramique.
L’appareil de traitement peut être aussi passif, et en particulier être un appareil disposé dans un lieu où il est soumis à un flux d’air à l’état naturel, par exemple placé dans les lieux publics, en particulier les gares de transport en commun.
De préférence, l’appareil de traitement comporte un détecteur de perte de charge à travers la mousse céramique, et une unité électronique, programmée pour déclencher ou informer sur la nécessité d’une opération de nettoyage et/ou de purification en fonction d’une information reçue du détecteur de perte de charge.
De préférence encore, il comporte un outil de nettoyage et/ou de purification, de préférence commandé par l’unité électronique en fonction de l’information reçue du détecteur de perte de charge. La maintenance en est considérablement simplifiée.
Dans un mode de réalisation, l’appareil de traitement comporte une mémoire informatique dans laquelle est enregistrée une information relative à la mousse céramique, de préférence un identifiant de la mousse céramique et/ou au moins une photo représentant, au moins partiellement, la mousse céramique à un instant déterminé, de préférence avant la première utilisation de la mousse céramique. Cette information peut être utilisée, de préférence par un ordinateur, pour la maintenance, par exemple pour évaluer la perte de charge ou l’age de la mousse céramique.
Dans un mode de réalisation, l’appareil de traitement de gaz, en particulier de l’air, comprend un logement dans lequel est placée ladite mousse céramique, par exemple sous forme d’une cartouche.
La mousse comprend par exemple une face supérieure et une face inférieure opposée à ladite face supérieure délimitant l’épaisseur de ladite mousse céramique. Le gaz destiné à être traité arrive par la face supérieure de ladite mousse céramique, le gaz passe par les pores de la mousse, et le gaz traité ressort par la face inférieure de ladite mousse céramique. L’étanchéité entre ledit logement et ladite mousse céramique peut être assurée par un joint, de préférence un joint en élastomère, ledit joint formant un anneau autour de ladite mousse céramique et présentant de préférence une section transversale sensiblement en U, ajustée pour recouvrir toute l’épaisseur de ladite mousse céramique et recouvrir au moins partiellement lesdites faces supérieure et inférieure.
Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront encore à l’examen de la description qui va suivre et au regard du dessin annexé, fourni à des fins illustratives seulement, dans lequel : - la représente schématiquement un malaxeur mousseur utile pour la fabrication d’une mousse céramique selon l’invention ; - la représente un ensemble de deux pales du malaxeur mousseur de l’exemple 1 selon l’art antérieur ; - la représente un ensemble de deux pales d’un malaxeur mousseur selon l’invention ; - la représente la répartition comparée de la surface ouverte cumulée (surface cumulée des ouvertures des perforations sur une face d’une pale) en fonction de la position relative sur le rayon des pales selon l’exemple 1 et l’exemple 3 depuis l’axe de rotation en direction de l’extrémité libre opposée, c'est-à-dire selon l’axe Oy’); - la représente la répartition des ouvertures d’une face, en fonction de la fraction axiale de la face sur laquelle elle débouche, c'est-à-dire depuis le bas jusqu’en haut de la pale parallèlement à l’axe de rotation X, selon l’exemple 3 et selon l’exemple 1, les deux courbes étant confondues.
Sur les figures, des références identiques désignent des organes identiques ou différents.
Définitions Par « décontaminer », on entend désactiver, de préférence éliminer, un ou plusieurs agents pathogènes humains transmissibles par voie respiratoire et contenus dans l’air.
On qualifie de « céramique » tout matériau non métallique et non organique.
On appelle classiquement « frittage », la consolidation par traitement thermique d’une préforme, avec éventuellement une fusion, partielle ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants, de sorte que la préforme n’est pas transformée en une masse liquide).
Par « carbure de silicium recristallisé », on entend du carbure de silicium recristallisé par traitement à haute température de la mousse céramique, et en particulier de la mousse céramique. La recristallisation est un phénomène bien connu correspondant à une consolidation par évaporation des plus petits grains de carbure de silicium puis condensation pour former le lien avec les plus gros grains.
Selon un mode de réalisation, à l’issue de l’étape de réduction a) et avant l’étape b) d’estérification, le procédé comprend en outre une étape a-bis) de purification de la composition de diol(s) obtenue à l’issue de l’étape a). Ladite étape a-bis) de purification comprend de préférence une cristallisation du diol.
Après la cristallisation si elle est présente, le procédé peut comprendre en outre une étape a-ter) de lavage du diol, à l’aide par exemple d’un solvant, par exemple l’heptane.
L’étape de lavage permet de réduire la teneur résiduelle en monoalcools.
Réaction d’estérification La réaction d’estérification peut être mise en œuvre à l’aide d’une catalyse homogène, d’une catalyse hétérogène et/ou d’une catalyse enzymatique. Il est également possible de mettre en œuvre la réaction d’estérification en l’absence de catalyseur. Le catalyseur peut par exemple être un catalyseur enzymatique supporté.
La réaction d’estérification peut être mise en œuvre selon tout procédé bien connu de l’homme du métier pour l’estérification d’alcools.
Le catalyseur pour l’estérification peut être choisi parmi les catalyseurs à base d’acide de Lewis, par exemple à base d’étain, de titanate ou de type trifluorure de bore.
A titre d’exemple, le catalyseur peut être l’acide paratoluène sulfonique (p-TSA), l’acide méthanesulfonique (AMS), l’acide sulfurique, l’ethérate de trifluorure de bore (BF3.EtO), le tétrachlorure d’étain (FASCAT 4400), le dichlorure d’étain (FASCAT 2004), le dichlorure de dibutyl d’étain (FASCAT 4210), l’oxyde de monobutyl étain (FASCAT 4100, TIB KAT 256), l’oxyde de dibutyl étain (FASCAT 4201,TIB KAT 248), l’oxyde de dioctyl étain (FASCAT 8201,TIB KAT 232), le tris(2-éthylhexanoate de monobutyl étain (FASCAT 4102) l’oxalate d’étain (FASCAT 2001, TIB KAT 160), le diacétate dibutyl étain (FASCAT 4200, TIB KAT 233), le dioctyl diacétate d’étain (TIB KAT 223) et le dioctyl dicarboxylate d’étain (TIB KAT 318).
Selon un mode de réalisation, l’étape b) d’estérification du procédé de l’invention est mise en œuvre à une température allant de 50 à 200°C.
Selon un mode de réalisation, la réaction d’estérification met en œuvre un diol de formule (3) et un ou plusieurs acide(s) saturé(s) de formule (2), selon le schéma suivant :
dans lequel R 1 , R 2 et R 3 ont la même définition que dans les formules (1) et (2) respectivement, étant entendu que les groupements R 3 peuvent être identiques ou différents dans le diester formé.
En particulier, si deux acides saturés différents sont utilisés, les groupements R 3 pourront être identiques ou différents dans le diester formé.
Selon un mode de réalisation, la réaction du diol avec l’acide saturé en présence du catalyseur est mis en œuvre suivant l’une ou plusieurs des conditions suivantes :
le ratio molaire diol sur acide saturé va de 1/2 à 1/10, de préférence de 1/2 à 1/8, de préférence encore de 1/2 à 1/6 ; le catalyseur pour la réaction d’estérification avec le ou les acides gras est mis en œuvre en une proportion allant de 0,01 à 3,0% en poids, de préférence de 0,02 à 2,5% en poids, par rapport au poids total du milieu réactionnel.
Contrairement aux procédés de fabrication d’estolides ou de diesters faisant intervenir des composés insaturés, tel que décrit dans le document US 2015/0094246, le procédé selon l’invention ne conduira pas à un mélange d’isomères de position en fonction de la position de l’addition de l’acide gras saturé sur la double liaison carbone-carbone du composé insaturé. En effet, dans l’état de la technique, l’acide gras saturé peut réagir sur l’un ou l’autre des atomes de carbone de la double liaison carbone-carbone du composé insaturé, ce qui conduit alors à deux isomères de position. En outre, une partie des composés insaturés peut être isomérisée dans les conditions de la réaction d’addition de l’acide, de sorte que la double liaison carbone-carbone peut changer de position pour une partie des composés insaturés. De plus, dans les conditions de la réaction, cette double liaison peut migrer le long de la chaine alkyle, conduisant à un grand nombre d’isomères se différenciant par la position de la fonctionnalisation et à la formation possible de lactones.
Contrairement à ces procédés de l’état de la technique, le procédé selon l’invention conduit à une composition de diesters exempte d’isomères de position, dans la mesure où la réaction d’addition de l’acide gras saturé se fait sélectivement uniquement en position fixée par la fonction hydroxyle de l’acide hydroxycarboxylique.
Une technique consiste à introduire mécaniquement un gaz dans une barbotine par brassage. Là encore, il faut combiner ce procédé avec une technique de consolidation de la mousse obtenue. Une solution consiste à réticuler des polymères dans une barbotine céramique. Comme pour la technique précédente, cette réticulation entraîne la consolidation de la mousse. Ce procédé est décrit par exemple dans le brevet EP 330 963. Par contre, le coût élevé des agents de réticulation utilisables ainsi que la difficulté de maîtriser les conditions de réticulation ont empêché cette technique de se développer de manière industrielle.
Un procédé de fabrication de céramiques poreuses plus récent est décrit dans la demande de brevet EP 1 329 439 A1. Ce procédé comporte les étapes suivantes : 1) Préparation d'une suspension d'une poudre céramique dans un dispersant, 2) Préparation d'une solution contenant un biogel, encore appelé " hydrocolloïde ", et maintien à une température supérieure à la température de gélification de la solution, 3) Mélange de ladite suspension et de ladite solution, avec ajout d'un agent moussant, jusqu'à obtention d'une mousse, la température étant maintenue suffisamment élevée pour éviter la gélification du biogel, 4) Coulage de la mousse dans un moule, 5) Refroidissement jusqu'à gélification du biogel, 6) Séchage puis cuisson de la mousse obtenue.
L'utilisation d'un biogel pour consolider la mousse permet d'éviter les problèmes de toxicité évoqués précédemment. Cependant, il s'avère que si la mousse coulée dans le moule a une épaisseur supérieure à 60 mm, la mousse n'a pas une structure homogène. De plus, selon ce procédé, la quantité d'eau dans le mélange final est importante (45 à 50% en poids) ce qui entraîne des difficultés de séchage, en particulier pour les pièces de grandes dimensions. Il n'est donc pas possible de fabriquer des pièces céramiques poreuses de structure homogène et présentant de telles dimensions.
La demande de brevet français déposée par la Société Saint-Gobain Centre de Recherches et d'Etudes Européen sous le numéro FR 0408330 décrit un procédé amélioré permettant de fabriquer des pièces en mousse céramique, de densité homogène, ayant des dimensions supérieures ou égales à 60 mm. A cet effet, FR 0408330 propose un procédé de fabrication d'une mousse céramique comprenant les étapes successives suivantes : a) préparation d'un mélange M contenant une poudre céramique en suspension, au moins un agent gélifiant et au moins un agent moussant, à une température de mélange supérieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, b) cisaillement dudit mélange M à une température de moussage supérieure à ladite température de gélification, jusqu'à obtention d'une mousse, c) gélification de ladite mousse par refroidissement dudit mélange M à une température inférieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, d) séchage de ladite mousse gélifiée de manière à obtenir une préforme, e) cuisson par traitement à haute température de ladite préforme de manière à obtenir une mousse céramique cuite.
Selon ce procédé, on ajoute audit mélange M un agent stabilisant dont la viscosité instantanée, en Pa.s, augmente d'au moins un facteur dix quand une vitesse de cisaillement dudit agent stabilisant diminue de 100 s - 1 à 0 s - 1 . Les inventeurs de l'invention décrite dans FR 0408330 ont observé que l'affaissement de la mousse lors de la mise en œuvre du procédé selon EP 1 329 439 A1 se produit pendant une période critique s'étendant entre la fin de l'étape de cisaillement et le début de la gélification. Pendant cette période, l'agent gélifiant ne contribue sensiblement pas à la stabilisation structurelle de la mousse qui, pour des épaisseurs de plus de 60 mm, s'effondre sous son propre poids. Etant parvenus à identifier la cause de l'affaissement, ils ont proposé d'ajouter un agent stabilisant dans le mélange. L'agent stabilisant est choisi pour sa capacité à augmenter considérablement la viscosité du mélange dès que le cisaillement du mélange cesse, ce qui permet de rigidifier suffisamment la mousse pour éviter son effondrement jusqu'à ce que l'agent gélifiant se gélifie et puisse exercer sa fonction de stabilisation. Il devient ainsi possible de fabriquer des pièces en mousse céramique, de densité homogène, ayant des dimensions supérieures ou égales à 60 mm et/ou présentant des formes complexes (cône ou cylindre creux, portion de sphère creuse, ...).
EP 1 778 601 A1 vient encore améliorer ce procédé en ce que le mélange M comporte du carbure de silicium et optionnellement un agent plastifiant, la cuisson étant effectuée dans des conditions permettant une consolidation par mécanisme d'évaporation-recristallisation dudit carbure de silicium.
Le procédé par moussage direct et gélification est particulièrement adapté à la réalisation de pièces de grandes dimensions. Cependant, il existe un besoin permanent pour améliorer le compromis entre la perte de charge et l’efficacité de filtration, à résistance mécanique sensiblement constante.
L’invention propose une mousse céramique présentant une pluralité de cellules imbriquées, délimitées par des parois céramiques et connectées entre elles par des fenêtres d’interconnexion, les parois délimitant les cellules étant formées par frittage de grains, cette agglomération laissant subsister des interstices entre les grains, la mousse céramique présentant une porosité totale supérieure à 40%, de préférence supérieure à 50%, préférence supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70% et de préférence inférieure à 90%, voire inférieure à 85%, voire inférieure à 80%, le rapport (d 90 -d 10 ) /d 50 étant inférieur à 0,15, de préférence inférieur à 0,13, de préférence inférieur à 0,12, les percentiles d 10 , d 50 et d 90 de la population de tailles de cellule étant les tailles de cellule correspondant respectivement aux pourcentages, en nombre, de 10%, 50%, 90% sur la courbe de distribution cumulée de tailles de cellule classées par ordre croissant, la taille d’une cellule étant le diamètre équivalent de la cellule sur une image d’une coupe de la mousse céramique.
Les inventeurs ont découvert que cette distribution étroite de tailles de cellule conduit à un très bon compromis entre la perte de charge et l’efficacité de filtration, avec une résistance mécanique équivalente à celle d’une mousse de porosité totale similaire.
L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une mousse céramique, et en particulier d’une mousse céramique selon l’invention, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) préparation d'un mélange M contenant au moins une poudre céramique en suspension dans de l’eau, au moins un agent gélifiant et au moins un agent moussant, à une température de mélange supérieure à la température de gélification dudit agent gélifiant, b) cisaillement dudit mélange M dans un malaxeur mousseur équipé d’au moins une pale perforée, à une température de moussage supérieure à ladite température de gélification, jusqu'à obtention d'une mousse intermédiaire, c) gélification de ladite mousse intermédiaire par refroidissement de ladite mousse intermédiaire à une température au moins deux fois, de préférence au moins trois fois, de manière plus préférée au moins cinq fois plus faible que la température de gélification de l’agent gélifiant, en °C, d) séchage de ladite mousse gélifiée de manière à obtenir une préforme dont l’humidité après séchage est de préférence inférieure à 1%, e) cuisson de ladite préforme à haute température, de préférence supérieure à 1300°C et inférieure à 2300°C.
Un procédé selon l’invention permet avantageusement la fabrication d’une mousse présentant une structure particulièrement bien adaptée à la filtration. Cette structure se caractérise en particulier par une distribution resserrée de la taille des fenêtres d’interconnexion entre les cellules, avec une quantité de pores de grandes tailles limitée.
Ce procédé permet également une stabilisation structurelle de la mousse intermédiaire sans avoir à recourir à un agent stabilisant. Cette stabilisation permet un bon contrôle de la porosité, mais aussi la fabrication d’une mousse céramique de grande épaisseur, sans affaissement, de manière industrielle.
Dans un mode de réalisation, à l’étape c), la mousse intermédiaire est soumise, de préférence au début de l’étape c), de préférence pendant plus de 10 h, de préférence plus de 20 h, et/ou moins de 72 h, de préférence moins de 48 h, de préférence moins de 30 h, à une température inférieure à 10°C, de préférence inférieure à 6°C.
De manière essentielle pour l’invention, la préparation du polymère A est réalisée eu moyen du monomère M. De manière préférée selon l’invention, le monomère M est choisi parmi l’acide acrylique, un sel d’acide acrylique et leurs combinaisons ou bien une combinaison d’acide acrylique ou d’un sel d’acide acrylique avec l’acide méthacrylique ou avec un sel de l’acide méthacrylique.
Selon l’invention, le monomère M peut être combiné à au moins un autre monomère, de préférence un autre monomère choisi parmi acétate de vinyl, acrylate d’ethyl, acrylate de methyl, hydroxyethylmethacrylate, hydroxyethylacrylate, hydroxypropylmethacrylate, hydroxypropylacrylate, acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique (AMPS), acide maléique, anhydride maléique, acide itaconique et leurs combinaisons. En combinaison avec un autre monomère, le monomère M peut être choisi parmi l’acide acrylique, un sel d’acide acrylique et leurs combinaisons, en combinaison avec au moins un autre monomère choisi parmi acétate de vinyl, acrylate d’ethyl, acrylate de methyl, hydroxyethylmethacrylate, hydroxyethylacrylate, hydroxypropylmethacrylate, hydroxypropylacrylate, acide 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonique (AMPS), acide maléique, anhydride maléique, acide itaconique et leurs combinaisons. En combinaison avec un autre monomère, la quantité en poids de l’autre monomère est inférieure à la quantité en poids de monomère M. De manière préférée selon l’invention, le monomère M est l’acide acrylique seul.
De manière préférée selon l’invention, la quantité molaire de composé soufré T, de préférence la quantité molaire de soufre IV, est comprise entre 1% et 15%, de préférence entre 1,5 % et 12 %, par rapport à la quantité molaire totale de monomères mis en oeuvre. De manière plus préférée, la quantité molaire de composé soufré, de préférence la quantité molaire de soufre IV, est comprise entre 1 % et 15 %, de préférence entre 1,5 % et 12 %, par rapport à la quantité molaire totale de groupements insaturés des monomères mis en oeuvre.
De manière préférée, la réaction de polymérisation est réalisée à une température supérieure à 30°C et inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 90°C, plus préférentiellement inférieure à 80°C ou à 75°C. De préférence, lors de la réaction de polymérisation, le composé initiateur est choisi parmi un peroxyde (par exemple peroxyde d’hydrogène), un hydroperoxyde (par exemple hydroperoxyde de tert -butyl), un persulfate (par exemple persulfate de sodium, persulfate d’ammonium, persulfate de potassium), leurs combinaisons et leurs associations avec un sel métallique, de préférence un sel métallique choisi parmi un sel de fer (par exemple Fe II ou Fe III), un sel de cuivre (par exemple Cu I ou Cu II) et leurs combinaisons.
Selon l’invention, le polymère A peut être neutralisé au moyen d’au moins un composé choisi parmi NaOH, KOH, dérivés ammonium, ammoniaque, amine primaire, amine secondaire, CaO, Ca(OH) 2 , MgO, Mg(OH) 2 et leurs combinaisons. Selon l’invention, le polymère A peut être neutralisé totalement ou partiellement au moyen d’une base aminée, par exemple une base choisie parmi ethylene diamine, 1,3-propanediamine, 1,4-butanediamine, 1,5-pentanediamine, 1,6-hexanediamine, α,α′-diaminoxylene, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, triéthanolamine, aminométhylpropanol ou 2-amino-2-méthyl-propanol (AMP) et leurs combinaisons. De manière avantageuse selon l’invention, la base aminée peut également être présente au sein de la composition R en tant que composé C aminé.
De manière essentielle, la composition R selon l’invention comprend un composé B sous une forme acide ou bien sous la forme d’un sel, de préférence un sel d’ammonium. Le composé B peut être ajouté au polymère A et au composé C lors de la préparation de la composition R. Le composé B peut également être issu de la réaction de polymérisation du monomère M en présence du composé soufré T. Lorsqu’il est généré in situ , le composé B est alors dérivé du monomère M mis en œuvre. De manière préférée selon l’invention, le composé B est choisi parmi les acides sulfo-carboxy-aromatiques et les acides sulfo-carboxy-alkyliques, de préférence l’acide 3-sulfopropionique, l’acide 3-sulfo-2-methyl-propionique, l’acide sulfo-succinique, leurs sels et leurs combinaisons. Le composé B préféré est l’acide 3-sulfopropionique. Les sels préférés du composé B sont choisis parmi sel de sodium, sel de potassium, sel de lithium, sel de calcium, sel de magnésium et sel d’ammonium. Le sel de sodium ou le sel d’ammonium du composé B sont particulièrement préférés.