CH658406A5 - Matiere filtrante fibreuse et procede pour sa preparation. - Google Patents

Description

La présente invention concerne les matières filtrantes.

Le rôle d'un filtre est l'extraction des matières particulaires en suspension et la transmission d'un fluide clarifié. Un filtre peut assurer la clarification du fluide par différents mécanismes. La matière particulaire peut être retirée par tamisage mécanique, toutes les particules de dimension supérieure au diamètre des pores du filtre étant retirées du fluide.

Un filtre peut aussi retirer la matière particulaire en suspension par adsorption sur les surfaces de filtration, l'extraction de la matière particulaire par ce mécanisme dépendant des caractéristiques superficielles (1) de la matière particulaire en suspension et (2) de la matière filtrante. La plupart des matières solides en suspension qui sont couramment extraites par filtration sont chargées négativement dans des systèmes aqueux à proximité du pH neutre. Cette ca5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

658 406

ractéristique est connue depuis longtemps dans le traitement des eaux selon lequel des agents floculants cationiques, de charge opposée, sont utilisés afin qu'ils améliorent les rendements de sédimentation pendant la clarification de l'eau.

On utilise la théorie de la stabilité colloïdale pour la prédiction de l'interaction des surfaces des particules chargées électrostatique-ment. Lorsque les charges d'une particule et de la surface d'une feuille de filtration ont le même signe et pour des potentiels zeta supérieurs à 20 mV environ, les forces de répulsion mutuelle sont suffisamment intenses pour que la capture par adsorption soit impossible. Lorsque les potentiels zêta des particules en suspension et de la surface de filtration sont faibles ou, de façon avantageuse, de signes opposés, les particules ont tendance à adhérer à la surface des porcs du filtre si bien que le rendement de capture est élevé. Ainsi, les membranes ou feuilles de filtration ayant des potentiels zêta positifs peuvent extraire des particules de dimension inférieure à celle des pores du filtre, par capture électrostatique.

On a déjà essayé de modifier la charge de microfibres de verre ayant normalement un potentiel zêta négatif et de les transformer en matière filtrante à l'aide de fibres de cellulose. Bien que ces feuilles de filtration contenant des microfibres de verre et à charge modifiée aient présenté d'excellentes caractéristiques de filtration, les feuilles et leur procédé de préparation présentent certaines caractéristiques indésirables. Les opérations de modification de charge de certains procédés utilisés ont mis en œuvre une résine sous forme colloïdale. L'utilisation d'une telle forme de résine nécessite une préparation soignée et un vieillissement avant utilisation et peut présenter des difficultés dans l'obtention d'un traitement reproductible des micro-fibres de verre étant donné la variation de la dimension des particules colloïdales de la solution de traitement. On suppose aussi que la modification de la charge à l'aide d'une résine sous forme colloïdale est autolimitatricc en ce sens que la quantité de résine qui peut se déposer sur les surfaces des microfibres de verre peut être limitée. Ce comportement est dû probablement à la nature du dépôt colloïdal qui peut cesser brusquement après le recouvrement de la surface de verre par une monocouche colloïdale du fait de la répulsion mutuelle des particules colloïdales.

Les feuilles de filtration doivent non seulement posséder des caractéristiques de capture des particules mais doivent aussi combiner une bonne résistance mécanique à l'aptitude à supporter des pressions différentielles élevées sans se rompre ou présenter une défaillance mécanique d'un autre type.

La matière filtrante fibreuse selon l'invention, ayant un potentiel zêta positif et revêtue d'un polymère ou d'une résine de liant, présente les caractéristiques définies dans la revendication 1.

Les procédés connus de préparation de matières filtrantes contenant des microfibres de verre dont les charges superficielles sont modifiées ont utilisé des proportions importantes de fibres de cellulose autoliantes formant un liant pour les fibres de verre dont la charge est modifiée. La présence de quantités importantes de ces fibres de grand diamètre, apparemment nécessaires à l'obtention de la résistance mécanique voulue, contribue à donner des caractéristiques indésirables à la feuille, car les capacités et rendements de capture électrostatique sont réduits et la répartition des diamètres des pores est élargie dans ces matières filtrantes. Les fibres cellulosiques sont creuses et ont tendance à s'affaisser lors du séchage sous forme de structures rubanaires plates qui peuvent avoir une largeur atteignant environ 60 à 100 microns. En conséquence, l'écoulement des liquides est gêné, si bien que, en pratique, l'utilisation des feuilles de filtration contenant de telles fibres en quantité suffisante pour que les caractéristiques mécaniques soient bonnes est limitée à des filtres relativement très grossiers, c'cst-à-dire correspondant à des porcs de dimension absolue supérieure à 10 microns.

On connaît aussi au moins un procédé de préparation de matières filtrantes à base de microfibres de verre comprenant un traitement en deux étapes avec deux résines différentes. Même dans ce cas, des fibres à base cellulosique sont incorporées à la matière filtrante si bien que les problèmes posés par l'utilisation de ces fibres se posent toujours.

Le problème résolu selon l'invention est celui de la préparation et de l'utilisation de matières filtrantes contenant des microfibres minérales dont la charge est modifiée, notamment de feuilles de filtration, réduisant notablement les caractéristiques indésirables indiquées précédemment.

Selon l'invention, ce problème est résolu par mélange de microfibres minérales ayant normalement un potentiel zêta négatif à une solution aqueuse d'un polymère ou d'une résine d'un liant thermodurcissable, cationique, non colloïdal et hydrosoluble, afin que l'ensemble forme une dispersion de microfibres, et l'addition d'un agent précipitant à cette dispersion afin que le polymère ou la résine du liant précipite et revête les microfibres.

Les microfibres revêtues résultantes ont un potentiel zêta positif en milieu alcalin, c'est-à-dire à un pH dépassant 7, et on peut les utiliser en dispersion ou en suspension comme adjuvant de filtration. De préférence, les microfibres revêtues forment une feuille de filtration qui est alors séchée et durcie. Les feuilles produites selon l'invention ont des dimensions de pores qui varient peu et qui sont aussi faibles que 0,5 micron, avec une excellente résistance mécanique et un potentiel zêta positif en milieu alcalin. Grâce à ce potentiel zêta positif, ces matières ont aussi un rendement accru d'extraction des particules et conviennent à des applications nécessitant une extraction très poussée de fines particules, notamment de bactéries et d'en-dotoxines.

Un produit avantageux obtenu par mise en œuvre du procédé selon l'invention est une feuille de filtration comprenant des microfibres de verre revêtues d'une résine de polyamine et d'épichlorhy-drine, connue sous la désignation «R 4308», par précipitation de la résine d'une solution aqueuse à l'aide d'un agent précipitant anioni-que «Nalcolyte 7763».

La figure unique du dessin annexé est un graphique représentant la variation du potentiel zêta en fonction du pH (a) dans le cas d'une feuille de filtration préparée par le procédé de l'invention, à un pH de 9 environ, correspondant à l'exemple 20, et (b) dans le cas d'une feuille de filtration connue considérée comme «témoin» dans l'exemple 20.

La description qui précède porte sur un procédé de préparation d'éléments de filtration selon l'invention et les feuilles de filtration préparées par ce procédé ont un potentiel zêta positif dans une large plage de pH allant d'environ 3 à 10.

Le produit obtenu après l'addition de l'agent précipitant, c'est-à-dire une dispersion ou une suspension de microfibrcs revêtues en présence d'un milieu aqueux, peut lui-même être utilisé comme adjuvant de filtration, par exemple comme précouche d'un filtre. Cependant, la dispersion des microfibres est en général utilisée pour la formation d'une feuille de filtration.

Les feuilles de filtration à microfibres minérales selon l'invention ont d'excellentes caractéristiques d'extraction des particules, bactéries et endotoxines en suspension, dans des applications de filtration de systèmes aqueux, notamment de produits pharmaceutiques, dans la purification de l'eau, de produits alimentaires liquides et analogues, à l'aide de résines cationiques formant des liants thcrmodurcis-sables pour la modification des microfibres qui forment la feuille de filtration.

Les caractéristiques avantageuses sont obtenues de manière surprenante par utilisation d'une résine thermodurcissable cationique non colloïdale et hydrosoluble qui donne une excellente résistance mécanique et une excellente stabilité à la feuille de filtration même lors de l'utilisation de petites quantités de liant résineux selon l'invention. La quantité de résine cationique du liant thermodurcissable déposé sur les microfibres à partir des solutions aqueuses peut être réglée efficacement par addition contrôlée de certains agents précipitants polymères.

5% en poids environ au maximum de résine (par rapport au poids des microfibres) sont par exemple nécessaires à l'obtention d'une résistance mécanique égale à celle qu'on obtient avec des

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

658406

4

quantités beaucoup plus grandes d'autres résines, notamment de résines anioniques. On pense que ce comportement est dû à l'uniformité et à la continuité du revêtement de résine formé sur les microfibrcs. Ainsi, les feuilles de filtration formées par le procédé selon l'invention ne nécessitent pas l'utilisation de liants mécaniques d'armature tels que des fibres de cellulose qui ont tendance à réduire notablement les caractéristiques des filtres obtenus, notamment (1) par augmentation importante de la perte de charge du filtre propre et (2) par fermeture de régions du filtre qui seraient par ailleurs disponibles pour l'écoulement d'un fluide, avec réduction de la capacité du filtre à collecter des quantités importantes de matières solides d'impureté, la durée d'utilisation étant ainsi raccourcie. Les dimensions réelles des pores peuvent être comprises entre environ 0,5 et 50 microns, et elles sont de préférence inférieures à 20 microns. On peut obtenir des dimensions efficaces d'extraction de particules nettement inférieures à la dimension réelle des pores.

De nombreux polymères ou de nombreuses résines formant des liants sont disponibles auprès de divers fabricants et on les a utilisés de façon très importante dans la fabrication du papier comme adjuvant augmentant la résistance mécanique à l'état humide. Les caractéristiques générales et applications de ces matières ont été décrites par exemple dans les ouvrages Amino Resins, de J.J. Blair, Rheinhold Publishing Company, New York, 1959, Wet Strength in Paper and Paper Board, Tappi Monograph Sériés N° 29, 1965, et Polymerie Amines and Ammonium Salts, de E.J. Goethals, Pergamon Press, New York, 1980. Les résines hydrosolubles à base d'époxyde sont préférables. Des polymères cationiques thermodurcissables et hydrosolubles dans le commerce sont notamment les résines de po-lyamido-polyamino-êpichlorhydrine et les résines de polyamine-êpichlorhydrine.

Les résines utilisées comme liants doivent pouvoir former des solutions véritables dans l'eau, lorsqu'elles ne sont pas polymérisées. A cct égard, la catégorie de polymères ou de résines du liant qui est utile est celle des produits hydrosolubles et non colloïdaux. Ces expressions indiquent que, lors du traitement des microfibres minérales pour la formation des feuilles de filtration, les microfibres sont traitées par une solution du polymère ou de la résine de liant dans un état non colloïdal. Elle n'indique pas que le polymère ou la résine ne peut pas former un colloïde dans les conditions convenables, mais qu'il s'agit d'une forme indésirable du polymère ou de la résine dans le cadre de l'invention.

Une seconde caractéristique avantageuse est que le polymère ou la résine doit pouvoir polymériser à l'état réticulé par un processus simple de transformation ne nécessitant rien de plus qu'un certain temps et un certain chauffage, éventuellement en présence d'un catalyseur.

Une autre caractéristique souhaitable des résines formant les liants est la présence d'une proportion importante de charges cationiques, puisque ces charges assurent la formation de membranes de filtration ayant les propriétés les plus avantageuses. En outre, la charge cationique ne doit pas simplement être due à une protonation. La charge doit plutôt être duc à des groupes d'ammonium qua-ternarisés dont le caractère cationique ne dépend pas du pH.

Une autre caractéristique souhaitable de la résine du liant est une insensibilité relative au gonflement par l'eau. Les polymères qui gonflent en présence d'eau perdent leur résistance mécanique lorsqu'ils gonflent. La réticulation d'un polymère réduit la susceptibilité au gonflement et l'intégrité mécanique des structures formées avec le polymère augmente de façon correspondante.

Des polymères ou résines particulièrement avantageux sont ceux qui contiennent un nombre important de groupes ammonium quaternaire, dérivés de toute amine aliphatique convenable qui a subi un traitement complet de quaternisation. De telles résines forment des membranes ou des feuilles de filtration qui ont une charge cationique élevée et qui, de manière surprenante, présentent une excellente extraction des particules des fluides aqueux sur une large plage de pH comprise entre 3 et 10 environ, étant donné leur potentiel zêta positif dans cette plage, cette propriété étant une caractéristique souhaitable des feuilles de filtration préparées par mise en œuvre du procédé selon l'invention, à l'aide des résines avantageuses utilisées selon l'invention.

Les résines ou polymères thermodurcissables cationiques non colloïdaux et hydrosolubles qui peuvent être utilisés pour la préparation des membranes selon l'invention comprennent notamment ceux qui sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 2926 154, 3 332901, 3 224986 et 3 855 158. Des résines thermodurcissables cationiques, non colloïdales, hydrosolubles et disponibles dans le commerce du type polyamido/polyamino-épichlorhy-drine qui sont avantageuses sont les résines «Kymene 557» et «Polycup» de Hercules Incorporated.

Des résines particulièrement avantageuses sont les résines de polyamine-êpichlorhydrine qui contiennent des groupes ammonium quaternaire. Des résines de ce type sont préparées par réaction de polyamines avec l'épichlorhydrine et elles diffèrent à plusieurs égards des résines de polyamido-polyamino-épichlorhydrine. Elles ne contiennent pas de liaisions amide dans leur composition mais, contrairement aux résines du commerce du type polyamido/polyamino-êpichlorhydrine, elles tirent leur caractère cationique important de la présence des groupes ammonium quaternaire. Des compositions de ce type disponibles dans le commerce sont préparées par réaction d'épichlorhydrine avec des produits de condensation de dichloréthy-lène. Des compositions de ce type sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 885188 et sont disponibles par exemple sous la dénomination «Santo-rcs 31» auprès de Monsanto Inc.

Une autre forme de cette résine de liant est préparée par réaction d'épichlorhydrine avec une polydiallylméthylamine formant une résine d'ammonium quaternaire à groupes fonctionnels époxy. Des compositions de ce type sont décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 700 623 et sont par exemple du type de la résine «R 4308» de Hercules Inc.

Ces deux catégories avantageuses de résines sont de type thermodurcissable, cationique et à groupes fonctionnels époxy, ayant un caractère cationique accentué dû à des groupes ammonium quaternaire et ayant un potentiel zêta positif à un pH alcalin.

De nombreux polymères et résines nécessitent une activation. Les groupes époxy sont rendus chimiquement inactifs afin que les résines ne subissent pas une réticulation prématurée lorsqu'elles doivent être conservées pendant longtemps ou lorsqu'elles doivent présenter une bonne stabilité au stockage. Ainsi, avant utilisation de ces résines, ces dernières sont activées à l'état thermodurcissable réactif par régénération des groupes époxy. Une activation comprend par exemple l'addition d'une quantité suffisante d'une solution basique aqueuse à une solution de la résine inactive afin que la chlorhydrine inactive soit transformée chimiquement en forme époxy permettant la réticulation. La quantité de base aqueuse exprimée en parties en poids par rapport à la résine varie avec le produit et est spécifiée par le fabricant. Le processus d'activation est efficace et l'activation complète est réalisée en général en 30 min environ, la solution de résine pouvant alors être utilisée.

Les membranes ou feuilles de filtration de microfibrcs minérales peuvent être préparées à partir de toute matière de filtration microfibreuse minérale connue des hommes du métier. Des matières avantageuses sont les microfibrcs de verre et de titanate qui ont un diamètre moyen de fibre compris entre environ 0,1 et 10 microns, bien que des fibres qui se trouvent en dehors de cette plage puissent aussi être utilisées. Le rapport de la longueur moyenne au diamètre des microfibrcs de verre est en général compris entre 500 et 1000. Des microfibres de verre de ce type sont disponibles auprès de fabricants tels que PPG Industries, Johns-Mansville Inc. et Owens-Corning Fi-berglass Corporation, ainsi que d'autres. Des Sbres de titanate sont disponibles auprès de Otsuka Chemical Company, Ltd (Japon) et E.I. Du Pont de Nemours and Company.

Grâce à l'utilisation de l'agent précipitant, la quantité de résine cationique du liant, déposée sur la surface des microfibres, peut varier sur une large plage, d'une manière réglée, si bien que les feuilles de filtration ou autres éléments de microfibres formés sont cohé5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

658 406

rents et possèdent une excellente résistance mécanique. Les feuilles de filtration formées de microfibres présentent de façon imprévue une charge cationique élevée sur une large plage de teneurs en résine et présentent un excellent rendement d'extraction par effet électrostatique.

La formation de la feuille peut comprendre la mise en œuvre d'une technique classique, par exemple la formation d'une couche ou d'un feutre de la dispersion sur une surface perforée, l'enlèvement d'eau de la couche ou du feutre par application de vide à travers la surface perforée, puis par séchage de la couche ou du feutre et par polymérisation du polymère ou de la résine du liant afin que la feuille terminée de filtration soit formée.

Bien que la première étape du procédé puisse être mise en œuvre par mélange de microfibres sèches et d'une solution aqueuse du polymère ou de la résine afin qu'une dispersion se forme, il est préférable que la solution aqueuse de la résine ou du polymère soit ajoutée à une première dispersion des microfibrcs dans l'eau, avec formation d'une seconde dispersion qui contient à la fois les microfibres et la résine dans l'eau. Il est aussi souhaitable que le pH du mélange résultant soit réglé à une valeur alcaline supérieure à 7, de préférence comprise entre environ 8 et 10. Dans une variante, le pH de la dispersion peut être réglé avant mélange à la solution de résine de liant.

Divers agents précipitants, aussi bien anioniques que non ioniques, conviennent en pratique. Les agents précipitants doivent être hydrosolubles ou au moins dispersables dans l'eau, et doivent pouvoir faire précipiter la résine cationique du liant de la solution aqueuse. Des agents précipitants synthétiques hydrosolubles ou qui peuvent être dispersés dans l'eau et qui sont tirés des polymères naturels ou synthétiques sont préférables. Ces agents sont disponibles auprès de nombreux fabricants et leurs propriétés et composition sont décrites par exemple dans les articles Index of Commercial Fiocculants de H.A. Hamza et J.L. Picard, 1974 Canmet Report 77-78, Canada Centre for Minerai and Energy Technology, Canada, 1975, et Ind. Min. J (numéro spécial) de R.D. Booth, J.E. Carpenter et II. Hartjens, 335, 1957. La précipitation de la résine cationique et des microfibrcs en suspension, par addition de polymères de poids moléculaire élevé contenant des charges anioniques, est particulièrement efficace.

La combinaison, dans un milieu aqueux, des microfibres, de la résine cl de l'agent précipitant doit former un système stable. Ainsi, la combinaison ne doit pas former un produit très flocuié lors de l'addition de l'agent précipitant sur le système aqueux formé par les microfibres et la résine. En outre, il est avantageux que, si la combinaison repose pendant un certain temps, la floculation soit limitée, et le système doit pouvoir être facilement redispersé par simple agitation, lorsque les microfibres présentent une floculation après un certain repos.

On considère que l'addition d'un agent précipitant anionique soluble ou dispersable dans l'eau à une solution d'une résine cationique du liant, dans les conditions indiquées dans le présent mémoire, provoque la formation d'une forme précipitée de la résine cationique qui adhère efficacement aux microfibrcs en suspension. L'interaction de la résine ou du polymère avec l'agent précipitant peut provoquer la précipitation de cet agent précipitant avec la résine. Il faut donc noter que la composition du revêtement des fibres peut contenir une proportion d'agent précipitant.

On considère aussi que la possibilité remarquable du réglage de la quantité de résine cationique déposée sur les microfibres dispersées par le procédé de précipitation peut être due en partie aux interactions favorables, ducs au potentiel zêta, entre le précipité de résine cationique et la surface des microfibres. On sait que ces interactions sont complexes et divers autres mécanismes tels que des liaisons électrostatiques, des liaisons hydrogène ou d'autres interactions physi-co-chimiques peuvent être responsables en totalité ou en partie des résultats très avantageux obtenus.

Comme les agents précipitants anioniques utilisés contiennent des groupes acides ionisables carboxyle ou autres, leur rendement de précipitation dépend du pH. Ainsi, la préparation des microfibres revêtues de résine utilisées pour la formation des membranes ou feuilles de filtration est exécutée le plus efficacement à un pH tel que les groupes anioniques sont ionisés pratiquement en totalité et donnent le meilleur rendement de précipitation. On détermine que l'exécution de la précipitation dans les conditions alcalines donne les résultats les plus satisfaisants. Un pH alcalin, avantageusement compris entre environ 8 et 10, donne un rendement optimal avec les agents précipitants anioniques qui sont les plus avantageux.

Les agents précipitants les plus avantageux peuvent être choisis dans un groupe de polymères synthétiques solubles ou dispersables dans l'eau, contenant un groupe anionique tel qu'un carboxylate ou un sulfonate. Les polymères contenant un groupe carboxylate tels que les copolymères d'acide acrylique sont particulièrement avantageux étant donné leur efficacité, leur grande disponibilité et leur faible coût. Les agents précipitants convenables sont des agents anioniques tels que «Hercofloc» de Hercules Ine, «Purifloc» de Dow Chemical Corp et les agents floculants anioniques «Nalcolyte» de Nalco Chemical Company. Les agents précipitants du commerce qui conviennent sont notamment les agents «Nalcolyte» 7763, 7766 et 7173, «Product 18, 127-7» (Aldrich Chemical Company) et «Carbo-set» 531 de B.F. Goodrich Company. Les agents «Nalcolyte» 7766 et 7173 sont des copolymères d'acrylamidc et d'acrylate de sodium de poids moléculaire élevé (supérieur à 1 million). L'agent «Nalcolyte» 7763 est un copolymère obtenu par réaction d'environ 35% d'acide acrylique et d'environ 65% d'acrylamide, ayant un poids moléculaire compris entre environ 5 et 10 millions. Les structures générales de ces matières sont indiquées dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3 549 527, 3 617 542 et 3 673 083. Il s'agit d'agents floculants ioniques, le caractère ionique étant déterminé par la proportion relative d'acrylate de sodium dans le polymère. On les prépare par hydrolyse contrôlée de Polyacrylamide en poiyacrylami-de-co-acrylate ainsi que par copolymérisation directe d'acrylamide avec de l'acrylate de sodium. L'agent «Product 18-127-7» est un Polyacrylamide ayant un poids moléculaire compris entre 5 et 6 millions. L'agent «Carboset» 531 est une résine acrylique thermodurcissable autocatalysée et hydrosoluble ayant un poids moléculaire d'environ 1 million. On pense qu'elle contient des groupes N-méthylola-crylamide et des groupes acide acrylique permettant la réticulation.

La procédure la plus avantageuse pour la préparation des membranes de filtration selon l'invention est la suivante. Des microfibres sont dispersées dans l'eau, par un dispositif bien connu des hommes du métier, par exemple un mélangeur à rendement élevé tel qu'un mélangeur «Cowles». Le pH de la suspension est réglé dans la plage avantageuse voulue comprise entre 8 et 10 par addition de base, par exemple d'une solution aqueuse caustique, ou d'un acide tel que l'acide citrique, en quantité convenable. La quantité voulue de polymère ou de résine thermodurcissable cationique en solution aqueuse est alors ajoutée, avec agitation suffisante pour que la dispersion des microfibres reste homogène. Une solution aqueuse est alors ajoutée. Une solution ou dispersion aqueuse de l'agent précipitant anionique est alors ajoutée sous agitation vigoureuse de la dispersion des microfibrcs.

Après la fin de ces opérations, la dispersion des microfibres revêtues de résine peut être transformée en une membrane ou feuille de filtration contenant les microfibrcs, par des procédés connus des hommes du métier, par exemple à l'aide d'une toile de mise en forme du type Fourdrinier ou analogue. Une bonne feuille de filtration peut être préparée par disposition d'une feuille poreuse, par exemple d'un feutre polyester, sur un support formé d'une toile de fils d'acier, au-dessus d'une partie de cylindre d'acier, et par disposition de 1a. dispersion des microfibres revêtues sur le feutre (un tronçon de cylindre d'acier à extrémités ouvertes étant en appui à la partie supérieure du feutre afin qu'il empêche l'écoulement de la dispersion), de manière qu'un feutre ou une couche très humide des microfibrcs revêtues soit formé. Une dépression est alors appliquée à travers le feutre à l'aide d'une pompe à vide reliée au tronçon inférieur de cylindre d'acier afin que l'eau de la dispersion des microfibres revêtues soit retirée. On utilise cette technique pour la formation des feuilles

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

658 406

6

de filtration décrites dans les exemples. Après la formation, la matière filtrante est séchée, et elle peut subir ensuite un durcissement, de préférence à température élevée, afin que la résine cationique subisse une réticulation et forme une feuille ou membrane cohérente et robuste de filtration selon l'invention. Le séchage et le durcissement peuvent être simultanés car, pendant le séchage, un certain durcissement peut apparaître.

Les microfibres de verre ou d'une autre matière sont avantageusement dispersées dans l'eau afin qu'elles forment une suspension homogène, à une concentration comprise entre environ 2 et 50 g/1, de préférence entre environ 2 et 10 g/1. La concentration réelle des microfibres peut varier sur une large plage dans la mesure où une agitation mécanique provoque une dispersion homogène. Une concentration trop faible rend évidemment le procédé coûteux d'une manière superflue alors qu'une concentration trop élevée rend difficiles les tentatives de dispersion des microfibres.

La résine cationique du liant est de préférence ajoutée à la dispersion des microfibres sous la forme d'une solution aqueuse en quantité telle que le poids total des matières solides à la résine cationique, par rapport au poids total des microfibres, est compris entre environ 1 et 40% en poids, c'cst-à-dire que le rapport pondéral de la résine aux microfibres est compris entre 1/100 et 40/100 environ, le poids total étant de préférence compris entre environ 5 et 30% en poids, le rapport pondéral étant ainsi avantageusement compris entre 5/100 et 30/100 environ. La résine du liant est de préférence ajoutée aux microfibres sous la forme d'une solution aqueuse contenant 1 à 10% en poids et de préférence 5% en poids environ.

La quantité d'agent précipitant nécessaire pour la précipitation du polymère ou de la résine cationique sur les surfaces des microfibres peut varier entre 1 et 100% en poids (poids à sec de l'agent précipitant par rapport au poids à sec de la résine cationique présente dans la dispersion des microfibres). La proportion ajoutée varie avec la nature particulière de la combinaison de résine cationique et d'agent anionique précipitant. Cependant, la proportion pondérale relative de l'agent précipitant anionique est de préférence inférieure à celle de la résine thermodurcissable cationique afin que les membranes ou feuilles de filtration selon l'invention aient toutes les propriétés souhaitables.

Le rapport pondéral le plus avantageux de la résine du liant à l'agent précipitant est compris entre environ 50/1 et 1/1, lors de la préparation de membranes ou feuilles microporeuses de filtration contenant la résine cationique du liant le plus avantageux «R-4308» et l'agent précipitant le plus avantageux «Nalcolyte» 7763. La plage particulièrement avantageuse pour cette combinaison de résine et d'agent est comprise entre environ 10/1 et 1/1.

On constate qu'on obtient les meilleurs résultats par addition de l'agent précipitant sous la forme d'une dispersion ou d'une solution aqueuse diluée. Les dispersions ou solutions aqueuses de l'agent précipitant, au-delà de 4% en poids environ, sont indésirables puisque le débit ajouté est excessivement faible et les membranes formées ont tendance à avoir une mauvaise homogénéité. Les concentrations d'agent précipitant en dispersion ou solution aqueuse sont de préférence comprises entre environ 0,01 et 1% en poids; une concentration d'environ 0,16% en poids est particulièrement avantageuse.

Le processus de précipitation est manifestement complexe et n'est pas parfaitement compris, et les conditions optimales sont déterminées de préférence d'une manière empirique. Ainsi, les vitesses d'addition de l'agent précipitant et les conditions de mélange de la dispersion des microfibres permettant la formation des membranes selon l'invention sont optimisées individuellement d'une manière empirique. Cependant, on constate qu'il faut en général que les vitesses d'addition de la solution d'agent précipitant soient suffisamment faibles et que l'agitation de la dispersion de microfibres soit suffisamment vigoureuse pour que les caractéristiques de la dispersion ne diminuent pas ou que les microfibres ne s'agrègent pas, car ces effets réduisent la résistance mécanique de la feuille de filtration formée et réduisent le rendement d'extraction des particules. Le débit optimal d'introduction (permettant une réduction au minimum du temps de fabrication) peut être déterminé par observation de la qualité de la dispersion des microfibres et par utilisation de la vitesse maximale d'addition de matière de précipitation afin que la qualité de la dispersion des fibres ne soit pas perturbée, c'est-à-dire que la matière ne fiocule pas.

Les microfibres revêtues de la résine cationique et dispersées dans la solution aqueuse peuvent être utilisées sous la forme d'une suspension ou d'une dispersion constituant un adjuvant de filtration, soit sous la forme d'une précouche, soit sous la forme d'une précouche et d'une matière mélangée à la masse du liquide à filtrer. De préférence, les microfibres sont mises sous forme de feuilles de filtration par mise en œuvre de procédés bien connus. Un exemple est la technique décrite précédemment, utilisée pour la préparation des feuilles des exemples. Une variante met en œuvre un appareil Fourdrinier. Dans les produits finis, le revêtement constitue environ 1 à 40% en poids (par rapport au poids des microfibres) et de préférence environ 5 à 30% en poids.

Après séchage, les feuilles formées sont durcies afin que la résine du liant forme un polymère réticule, insoluble et robuste mécaniquement, formant des liaisons robustes entre les microfibres. Le durcissement peut être réalisé à température ambiante pendant une période suffisamment longue. Cependant, il peut aussi être réalisé à température élevée, entre 50 et 200° C, pendant un temps compris entre plusieurs jours et quelques minutes. Les temps de durcissement inférieurs à 1 h, à une température d'environ 75 à 125" C, sont en général avantageux.

Les feuilles de filtration ont par exemple une résistance à la traction à sec comprise entre environ 70 et 500 N/m. Elles peuvent évidemment être utilisées sous forme de feuilles planes plates. Elles peuvent aussi être mises mécaniquement sous la forme d'un accordéon et placées dans des structures d'éléments de filtration du type bien connu dans l'industrie.

Les feuilles de filtration peuvent aussi être fixées à un support ou substrat poreux augmentant la résistance mécanique nécessaire dans certaines applications. Dans ce cas, la dispersion des microfibrcs revêtues de résine et de l'agent précipitant peut être mise sous la forme d'une feuille de filtration par dépôt direct sur une feuille de substrat qui a été préalablement traitée par une résine adhésive précipitée assurant l'adhérence intime de la feuille de filtration formée in situ à la fcuiile du substrat, après séchage et durcissement.

Des substrats qui conviennent à des feuilles de filtration sont des feuilles fibreuses continues non étanches formées par exemple de fibres de cellulose (papier), d'un tissu de fibres de verre, et d'étoffes et tissus de filaments polymères. Des feuilles avantageuses sont formées par tissage ou aiguilletage de filaments de polyester, de po-lypropylène, de polyamide ou d'autres résines synthétiques thermoplastiques. Des feuilles polyester non tissées mais aiguilletées, ayant une masse comprise entre environ 3 et 300 g/m2, vendues par Du Pont sous la marque de fabrique «Reemay», sont particulièrement avantageuses dans le cadre de l'invention.

Lors de la préparation de la feuille de substrat, celle-ci est d'abord traitée par une solution aqueuse d'une résine adhésive compatible avec le revêtement de résine du liant des microfibres, puis par une solution ou dispersion aqueuse de l'agent précipitant. Ce dernier provoque la précipitation de la résine adhésive et le revêtement des fibres de la feuille du substrat, si bien que l'adhérence de la feuille de filtration formée de microfibres minérales déposées ultérieurement est excellente.

La résine adhésive et l'agent précipitant utilisés pour le traitement de la feuille du substrat sont de préférence identiques à ceux qui sont utilisés pour le revêtement des microfibres. Cependant, la seule propriété nécessaire pour la sélection de la résine du liant est qu'elle est compatible à la résine du liant des microfibres et qu'elle donne une bonne adhérence entre la feuille de filtration et la feuille du substrat.

Le traitement de la feuille est de préférence réalisé par application initiale à la feuille d'une solution aqueuse d'une résine adhésive, à une concentration comprise entre environ 1 et 10% en poids, de

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

658 406

préférence entre environ 2 et 5% en poids. La résine du liant est alors précipitée sur les fibres de la feuille par application à la feuille d'une dispersion ou solution aqueuse de l'agent précipitant, de préférence «Nalcolyte» 7763 ou «Carboset» 531, à une concentration pondérale comprise entre environ 0,01 et 5% en poids, l'agent étant introduit dans le liant fibreux de la feuille du substrat afin qu'il se mélange à la résine adhésive. La concentration de l'agent précipitant est avantageusement comprise entre 0,1 et 3% en poids. Le volume total des solutions entre 108 et 538 (environ 110 à 540) cm3/m2 de la feuille du substrat.

L'application de la solution de résine sur la feuille du substrat peut être réalisée par immersion, par transfert ou suivant d'autres procédés connus. Dans un mode de réalisation avantageux, une épaisseur d'un revêtement formé par transfert comprise entre 0,013 et 0,025 cm est avantageuse à la fois pour la solution de résine adhésive et pour la solution d'agent précipitant. La feuille du substrat traitée par la résine adhésive est alors placée sur un appareil convenable qui permet le dépôt, à la surface de cette feuille, d'une suspension aqueuse contenant des microfibres minérales traitées, l'eau de cette suspension pouvant être aspirée à travers la feuille du substrat si bien que les microfibrcs forment la feuille de filtration en contact intime avec le substrat. La feuille formée de filtration placée sur le substrat est alors séchée et durcie.

Les feuilles de filtration portées par un substrat sont sous la forme d'un filtre intimement lié au substrat, possédant d'excellentes propriétés de rigidité et de résistance mécanique. De telles feuilles sont surtout utiles dans la filtration qui exerce des pressions différentielles importantes et qui nécessite des membranes résistant à la fracture. De telles feuilles peuvent en outre être facilement mises sous la forme d'éléments de filtration par les procédés connus. Une autre technique est la formation de la feuille sous la forme d'une entité séparée, puis sa fixation à une feuille de substrat à l'aide d'une résine adhésive compatible.

La résistance mécanique élevée, la faible concentration de résine nécessaire, la faible dimension des pores et la faible dispersion de la dimension des pores ainsi que les excellents rendements d'extraction de particules des membranes selon l'invention constituent des perfectionnements importants par rapport aux membranes connues. Ces caractéristiques sont indiquées dans les exemples qui suivent.

Détermination des propriétés des membranes ou feuilles de filtration des exemples

(a) Résistance à la traction

On mesure la résistance à la traction sur un appareil universel modèle 1130 de Instron Universal Testing Instrument, suivant la méthode de la norme ASTM D882.

(b) Potentiel zêta

On calcule les potentiels zêta des feuilles de filtration formées de microfibrcs à partir des mesures des potentiels de courant formés par circulation d'une solution à 0,001% en poids de KCl dans de l'eau distillée, à travers plusieurs couches de la membrane fixées dans un support de la membrane ou de la feuille. Le potentiel zêta est une mesure de la charge électrostastique immobile résultante à la surface d'une membrane exposée à un fluide. Elle est reliée au potentiel de courant créé lorsque le fluide s'écoule à travers la membrane, d'après la formule indiquée dans l'article de J.T. Davis et al.. Interfacial Phenomena, Academic Press, New York, 1963, et qui est la suivante potentiel zêta (mV) = ^7IT* • ^

dans laquelle ri est la viscosité de la solution qui s'écoule, D la constante diélectrique de la solution, X sa conductivité, Es le potentiel de courant, et P la perte de charge dans la membrane, pendant la période de circulation.

Dans l'équation suivante, P est la perte de charge dans la membrane pendant la période de circulation et la quantité 47tr|/D est une constante, si bien que le potentiel zêta peut être exprimé sous la forme: potentiel zêta (mV) = 14,43 x E. (volt) • ftunho/cm)

r (bar)

(c) Rendement d'extraction de particules en solution aqueuse

Une procédure de détermination des taux d'extraction par filtration, lors du traitement de solutions aqueuses, est l'essai de détermination de caractéristiques de filtration OSU F-2 (Oklahoma State University), qui est accepté de façon générale dans diverses industries. L'appareil utilisé est un compteur automatique de particules de type PC-320 disponible auprès de Hiac-Royco Instruments, Menlo Park, Californie. Ce dispositif a un détecteur CMB-60 placé en amont, et un détecteur CM-60 place en aval, et il permet l'étude rapide des membranes avec une suspension aqueuse d'une poussière siliceuse d'essai ayant une plage de diamètres particulaires comprise entre 0,1 et 40 microns. L'appareil a deux jeux de compteurs de particules à six canaux, qui peuvent être réglés à toute plage prédéterminée de diamètre de particules et qui enregistrent automatiquement les concentrations des particules dans le courant incident et dans le courant effluent du filtre. Cet appareil enregistre aussi automatiquement le rapport bèta (ß) qui est le rapport du nombre des particules incidentes au nombre des particules effluentes à chacun des six diamètres particulaires choisis. Ce rapport est relié au rendement d'extraction particulaire exprimé en pourcentage d'extraction par la relation extraction % = ^-p~ x '00

(d) Réduction du litre bactérien

La membrane ou feuille de filtration subissant les essais est montée dans un support stérile ayant un diamètre de 14,2 cm et une surface efficace de filtration de 92,9 cm2. L'appareil monté subit une stérilisation par remplissage à l'alcool et par repos d'environ 15 min, puis par lavage avec 2 1 environ d'eau désionisée stérile destinée à retirer l'alcool. On prépare une suspension de Pseudomonas diminuta (Ps.d) (ATCC 19146) ou Serratia marcescens (SM) (ATCC 14756) dans une bombe, dans de l'eau désionisée stérile, à des concentrations de 103 à 107 bactéries par cm3. Les suspensions bactériennes aqueuses traversent la membrane avec un débit d'environ 100 cm3/min et les efïluents sont collectés à des niveaux de réaction croissant dix fois. La concentration bactérienne des fractions effluentes est déterminée par circulation des dilutions convenables dans des membranes d'analyse stérile de 0,2 micron et par culture sur de la gélose Muel-ler-Hinton (BBL) pendant 48 h (Ps.d) et pendant 24 h (SM) à 32° C. La réduction du titre, sous la forme du rapport du nombre de bactéries à l'entrée au nombre de bactéries à la sortie, est alors calculée.

(e) Réduction du titre d'endotoxines

On humidifie préalablement la membrane ou feuille de filtration formée de microfibres à l'aide d'isopropanol et on la place dans un support dépyrogéné de 47 mm de diamètre ayant une surface efficace de filtration de 9,29 cm2. On fait circuler 50 cm3 environ d'eau dépourvue de matière pyrogénique dans l'ensemble et on collecte les trois ou quatre derniers cm3 comme témoin négatif du système. On fait alors circuler de l'endotoxinc purifiée E. coli (0,55.B5) à une concentration d'environ 1 ng/cnr1 à travers la membrane d'essai avec un débit d'environ 5 cm3/min, jusqu'à un volume total de 10 cm3. On répète les réactions en série sur 10 cm3 avec des concentrations d'endotoxine croissant 10 fois jusqu'à une concentration maximale de 100 ng/cm3. On collecte les trois ou quatre derniers cm3 de l'effluent pour chaque concentration et on détermine la concentration d'endotoxine. On détermine la concentration d'endotoxine des échantillons introduits et efïluents par le test de lysat de Limulus amaebocyte, selon la méthode d'essai des endotoxines bactériennes U.S.P.

(f) Revêtement de la membrane

Comme les membranes de filtration formées des microfibres des exemples ne contiennent que la matière filtrante formée des microfi-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

658 406

8

brcs cl la malicrc de revêtement, la quantité de cette malicrc de revêtement est déterminée par une opération simple. Des échantillons de dimension convenable des membranes sont pesés avec soin puis soumis à une flamme oxydante à température élevée telle qu'un bec Bunsen pendant un temps qui suffit pour que tout le revêtement soit retiré par transformation en constituants gazeux. Les constituants restants de la membrane, bien qu'ils soient très fragiles, sont alors pesés avec soin et la réduction en poids duc à la perte de la matière du revêtement est déterminée. Ce procédé est utilisé pour l'établissement de la quantité de revêtement dans toutes les membranes des exemples qui suivent.

(g) Extraction de particules de latex

On prépare des suspensions monodispersées de latex de polystyrène ayant des dimensions particulaires bien caractérisées (disponible auprès de Dow Diagnostics Inc.) en solution d'environ 0,1% en poids dans de l'eau désionisée contenant 0,1 % de «Triton» X-100 (produit d'addition de nonylphénol avec environ 10 moles d'oxyde d'éthylène). Les suspensions de latex sont obligées de circuler à travers les membranes dans un support convenable et l'effluent est transmis dans une cellule optique à circulation d'un photomètre à dispersion (du type 2000D disponible auprès de Phoenix Précision Instrument Inc.). Le signal de dispersion d'un faisceau de lumière à 537 nm, mesuré à 90", est transformé en une concentration en perles de latex par une corrélation entre la concentration et l'intensité de dispersion, déterminée empiriquement, pour chaque dimension de latex. Les capacités en perles de latex sont déterminées d'après les rendements mesurés et le volume total des perles de latex présentes.

Procédé général de préparation des membranes ou feuilles de filtration des exemples

On disperse dans de l'eau des microfibrcs du commerce, par exemple de verre ou de titanate, à raison d'environ 1 à 10 g/1 à l'aide d'un mélangeur à gradient élevé de cisaillement tel qu'un mélangeur «Waring». L'agitation est poursuivie jusqu'à l'obtention d'une bonne dispersion homogène des fibres, après 15 à 30 min en général. On maintient l'agitation et on ajoute 3 à 30% en poids de résine activée «R-4308» (ou d'une autre résine de liant décrite dans les exemples) par rapport au poids des microfibres, et sous la forme d'une solution aqueuse à 5% en poids. Après addition de la solution de résine cationique, on règle le pH de la solution entre 8 et 10 à l'aide d'une solution basique aqueuse. Dans certains cas, on règle le pH avant addition de la résine du liant. On maintient l'agitation mécanique et on traite alors le mélange avec une dispersion aqueuse à 0,16% en poids de «Nalcolyte» 7763 à une vitesse suffisamment faible pour que les microfibres ne s'agglomèrent pas d'une manière observable. On ajoute un volume suffisant de «Nalcolyte» 7763 (ou d'un autre agent précipitant) afin que le rapport pondéral de la résine cationique à l'agent précipitant anionique soit compris dans la plage avantageuse de 10/1 à 1/1.

Le rapport optimal de la résine à l'agent précipitant varie suivant les propriétés particulières des microfibres, sa propre composition chinmique et le diamètre moyen des fibres; cependant, il est compris en général entre 10/1 et 1/1. Dans la préparation de la plupart des feuilles de filtration à microfibrcs de verre, un rapport de la résine cationique à un précipitant compris entre 4/1 et 1/1 environ est avantageux.

La dispersion homogène des microfibres revêtues de résine cationique est alors transformée en une feuille de filtration, sous vide,

avec un support poreux permettant l'évacuation et par mise en œuvre des techniques indiquées précédemment. On prépare une feuille ayant un poids compris entre moins de 10 g/m2 et plus de 100 g/m2 environ. On sèche et on durcit alors la feuille pendant 15 à 30 min à une température comprise entre 100 et 150° C environ. Les feuilles de filtration sont alors prêtes à être utilisées dans des applications de filtration ou pour les essais comme indiqué dans la suite du présent brevet.

Exemples I à 4

On prépare quatre membranes de filtration, dans chaque exemple à l'aide du procédé qui comprend les opérations (A) à (F).

(A) On disperse 6 g de microfibres de verre ayant un diamètre moyen de 0,35 micron dans 1 1 d'eau. On mélange la dispersion pendant 15 min dans un mélangeur «Waring».

(B) Tout en poursuivant le mélange, on ajoute la quantité de résine activée «R-4308» du tableau I, pour chaque exemple, à la dispersion (sous la forme d'une solution aqueuse à 5% en poids et d'après le poids des microfibres).

(C) On agite alors le mélange pendant 5 min supplémentaires et on règle alors le pH à 10 avec une solution basique.

(D) Tout en poursuivant le mélange, on ajoute le volume convenable (voir tableau I) de «Nalcolyte» 7763 sous la forme d'une solution aqueuse à 0,16% en poids, à raison de 30 cm3 par min.

(E) On poursuit le mélange pendant 15 min supplémentaires.

(F) On coule alors sous vide des feuilles de filtration à raison de 2,7 g pour 929 cm2, et on les fait durcir pendant 10 min à 150° C.

Tableau I

Exemple

Résine de liant ajoutée, %

«Nalcolyte» 7763 ajoutée, %

1

1

0,5

2

2

1,0

3

3,5

1,75

4

5,0

2,5

Les propriétés des feuilles de filtration formées sont données dans le tableau II.

Tableau II

Feuille de filtration de l'exemple

Revêtement, %

Résistance à la traction, 105 Pa

Potentiel zêta en mV/pH

1

1,8

0.046

+ 19 à 7,1

2

3,0

0.070

+22 à 7,05

3

4,4

0,107

+ 19 à 7,1

4

7,0

0,173

+ 20 à 7,2

Ces exemples montrent l'utilité de l'invention pour de faibles concentrations de résine ajoutée, et ils montrent l'efficacité de la résine pour le revêtement de la surface des fibres de verre. Pour une quantité de revêtement de 1,8%, l'épaisseur moyenne du revêtement est seulement de 10 à 15 microns, d'après le calcul, c'cst-à-dirc de l'ordre de grandeur des molécules de résine.

Exemple 5

On disperse des microfibres de verre ayant un diamètre moyen de 0,58 micron dans de l'eau à une concentration de 4 g/1 comme indiqué précédemment. On règle le pH de la dispersion à 9 avec de l'hydroxyde de sodium 0,1N et, tout en agitant, on ajoute 5% en poids de résine activée «R-4308» (par rapport au poids des microfibrcs) sous la forme d'une solution aqueuse à 5% en poids. Tout en poursuivant l'agitation, on traite la dispersion contenant la résine avec une quantité de solution aqueuse à 0,16% en poids de «Nalcolyte» 7763 qui suffit pour que le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant soit de 2/1. La dispersion des microfibres de verre revêtues de résine cationique est alors mise sous la forme d'une feuille de filtration à raison de 35 g/m2, et elle est durcie pendant 5 min à 130° C.

Exemple 6

On répète le procédé de préparation de la feuille indiqué dans l'exemple 5, mais on ajoute 20% en poids de résine activée «R-

5

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

9

658 406

4308» (d'après le poids des microfibres de verre) à la dispersion. Le volume de solution à 0,16% en poids de «Nalcolyte» 7763 est multiplié par 4 afin que le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant reste égal à 2/1. On met alors la dispersion sous la forme d'une feuille de filtration de 24 g/m2 et on la fait durcir pendant 5 min à 130° C.

Exemple 7

On répète le procédé de l'exemple 6, mais on ajoute 30% en poids de résine activée «R-4308» et le volume de solution à 0,16% en poids de «Nalcolyte» 7763 est augmenté afin que le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant reste égal à 2/1. On met alors la dispersion sous la forme d'une feuille de filtration de 23 g/m2 et on la fait durcir pendant 5 min à 130° C.

Exemple 8

On répète le procédé de l'exemple 7, mais on disperse les microfibres de verre ayant un diamètre moyen de 3,2 microns dans de l'eau et on ajoute 25% en poids de résine activée «R-4308», à un pH d'environ 10. On ajoute un volume de solution à 0,16% de «Nalcolyte» 7763 suffisant pour que le rapport de la résine à l'agent précipitant soit égal à 2/1. On forme alors une feuille de filtration de 22 g/m2 et on la durcit pendant 30 min à 125° C.

Le tableau III donne les propriétés des membranes des exemples 5 à 8.

Tableau III

Exemple 10

On répète le procédé de l'exemple 9, mais on remplace l'agent précipitant par le produit «18,127-7» de Aldrich Chemical Company.

5 Exemple 11

On répète le procédé de préparation d'une feuille de filtration de l'exemple 5, mais (a) les microfibres de verre ont un diamètre moyen de 0,9 micron, et (b) on ajoute à la dispersion, à la place de la résine «R-4308», 18% en poids (par rapport au poids des microfibres) de 10 résine «Santo-res» 31 activée. On ajoute suffisamment de solution à 0,16% de «Nalcolyte» 7763 pour que le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant soit de 3,3/1. On prépare une feuille de filtration à raison de 22 g/m2 avec cette matière et on fait durcir à 120° C pendant 30 min.

15

Exemple 12

On répète le procédé de préparation d'une feuille de filtration de l'exemple 11, mais le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant est réglé à 2/1. On prépare une feuille de filtration à raison de 20 22 g/m2 avec cette matière et on la fait durcir à 120" C pendant 30 min.

Exemple 13

On répète le procédé de l'exemple 9, mais on remplace l'agent 25 précipitant «Nalcolyte» 7173 par l'agent «Carboset» 531.

Les propriétés des feuilles de filtration des exemples 9 à 13 figurent dans le tableau IV.

Feuille de filtration de l'exemple

Revêtement, %

Résistance à la traction, 105Pa

Potentiel zêta en mV/pH

5

5,7

0,286

+25 à 6,4

6

16,8

0,321

+ 18 à 6,5

7

24,9

0,357

+ 15 à 6,4

8

23,8

0,196

+ 18 à 6,2

Tableau IV

Les membranes des exemples 5 à 8 et leurs propriétés montrent les résultats avantageux et imprévus de l'invention. Les efforts antérieurs consacrés à la variation et au réglage de la concentration de résine du liant incorporée, avec conservation d'autres propriétés souhaitables de la membrane, n'ont pas été satisfaisants. Les procédés connus provoquent par exemple la précipitation de la résine sous la forme d'une très fine suspension séparée parmi les fibres dispersées et non sur les fibres. La formation de membranes avec ces dispersions provoque une perle importante de la résine du liant pendant la mise en forme sous vide et les membranes ont une mauvaise résistance mécanique. Les procédés connus sont aussi favorables à la formation de très gros agglomérais de résine du liant et ils ont lendancc à former des membranes ayant une mauvaise résistance mécanique et un mauvais aspect dus à une répartition inhomogène de la résine. Le procédé des exemples décrits permet de façon imprévue la formation de membranes dans lesquelles la quantité de résine incorporée peut varier à volonté, les membranes ayant une excellente résistance mécanique, un potentiel zêta positif et un aspect très uniforme.

Exemple 9 1

On disperse des microfibres de verre ayant un diamètre moyen de 0,3 micron dans de l'eau à raison de 4 g/1, on règle le pH à 9 environ et on traite ensuite par une solution à 5% en poids de résine activée «R-4308» dans de l'eau comme indiqué dans l'exemple 5. On traite ensuite la dispersion avec un volume suffisant de solution à 0,16% en poids de «Nalcolyte» 7173 pour que le rapport de la résine à l'agent précipitant soit de 2/1. On met alors les fibres revêtues sous la forme d'une feuille de filtration à raison de 22 g/m2 et on la fait durcir pendant 5 min à 130° C.

Feuille de filtration de l'exemple

Revêtement, %

Résistance à la traction par centimètre linéaire, N

Potentiel zêta en mV/pH

9

5,8

3,21

+ 34 à 6,4

10

6,2

1,07

+ 32 à 6,4

11

9,7

1,25

+22 à 6,0

12

18,4

1,43

+ 34 à 6,0

13

3,9

non déterminée

+ 37 à 6,4

La préparation des feuilles de filtration des exemples 9 à 13 montre que divers agents précipitants et diverses résines hydrosolubles cationiques formant des liants thermodurcissables peuvent être 45 utilisés.

Exemple 14

On répète le procédé général de préparation d'une feuille de filtration de l'exemple 5, mais on utilise un mélange de (a) 4 parties en so poids de microfibres de verre ayant un diamètre moyen de 0,3 micron et (b) 6 parties en poids de microfibrcs de titanate ayant un diamètre moyen de 0,1 micron environ. On disperse séparément les microfibrcs de verre dans de l'eau à une concentration de 4 g/1, on règle le pH de la dispersion à 9, et on ajoute à la dispersion 15% en poids de 55 résine activée «R-4308» (par rapport au poids des microfibres de verre) sous la forme d'une solution aqueuse à 5% en poids. On ajoute suffisamment de «Nalcolyte» 7763 (sous la forme d'une solution aqueuse à 0,16%), pour que le rapport de la résine à l'agent précipitant soit égal à 2/1. De manière analogue, on traite séparément 60 les microfibres de titanate avec 1% en poids de résine activée «R-4308», et on ajoute ensuite l'agent «Nalcolyte» 7763 en quantité telle que le rapport de la résine à l'agent est égal à 10/1. On mélange alors les suspensions des microfibres revêtues dans les volumes nécessaires afin d'obtenir 4 parties en poids de microfibres de verre 65 pour 6 parties en poids de microfibres de titanate, l'ensemble étant mis sous la forme d'une feuille de filtration à raison de 22 g/m2, avec durcissement. Les essais des particules de latex indiquent un taux d'extraction absolue à 0,6 micron.

658 406

10

Exemple 15

On répète le procédé général de préparation d'une feuille de filtration de l'exemple 5, mais les microfibres revêtues de résine du liant forment une feuille de filtration de 34 g/m3, avec durcissement pendant 10 min à 130° C.

On détermine le potentiel zêta des feuilles de filtration des exemples 14 et 15 en fonciion du pH, et les valeurs sont indiquées dans le tableau V.

Tableau V

Feuille de filtration de l'exemple

Potentiel zêta en mV/pH

14

+ 12 à 4,0

+12 à 6,0

+ 12 à 8,0

+ 8 a 10,3

15

+25 à 3,5

+ 17 à 5,4

+ 12 à 7,3

+3 à 10,3

Exemples 16 à 20

Dans les exemples suivants 16 à 20, on prépare des feuilles de filtration contenant des microfibrcs de verre ayant divers diamètres moyens, suivant le procédé général de l'exemple 5. Le pourcentage de résine ajoutée «R-4308» reste d'environ 5% en poids par rapport au poids des microfibres. Le rapport pondéral de la résine à l'agent précipitant est maintenu à 2/1 environ. La variation du poids des feuilles et des autres propriétés des membranes des exemples figure dans le tableau VI.

Tableau VI

Feuille de filtration de l'exemple

Diamètre moyen des microfibres, microns

Poids de la feuille, g/m2

Revêtement, %

Résistance à la traction, N/m

16

0,52

33

7,3

375

17

0,80

26

4,8

57

18

0,58

35

6,4

288

19

2,2

26

5,0

75

20

0,30

49

6,6

339

On détermine les rendements d'extraction des suspensions de particules siliceuses en milieu aqueux, à pH sensiblement neutre, par mise en œuvre de l'essai de filtration précité OSU F-2, pour les feuilles préparées dans les exemples 16 à 20. A titre comparatif, on incorpore à l'évaluation des feuilles de filtration formées de microfibres de verre ayant des diamètres moyens identiques mais qui ne sont pas préparées par le procédé de l'invention. Chaque feuille comparative est une feuille disponible dans le commerce, fabriquée par Pali Corporation et vendue sous la marque de fabrique «Ultipor» GF. Dans le tableau VII, ces membranes sont repérées par le terme «témoin». Dans tous les cas, la configuration physique, le poids de verre par unité de surface et le dépôt des fibres sont les mêmes, sauf que, étant donné la résine utilisée, les feuilles de filtration «Ultipor» GF ont un potentiel zêta négatif compris entre —30 et —70 mV.

( Tableau en tête de la colonne suivante)

Les feuilles des exemples 16 à 20 montrent quels diamètres de porcs peuvent être choisis. Ainsi, des membranes ayant des dimensions nominales de pores d'extraction (déterminées par l'essai OSU F-2) inférieures à 1 micron et supérieures à 10 microns et ayant des rendements élevés d'extraction peuvent être réalisées par le procédé de l'invention. Les feuilles connues ayant des liants d'armature cellu-

Tableau VII

Dimensions nominales en microns, pour le pourcentage indiqué d'extraction

Feuille de filtration de l'exemple

Rendement %

99,95

99,5

99

95

90

16

<1,0*

<1,0

<1,0

<1,0

<1,0

témoin

2,5

2,0

1,0

<1,0

<1,0

17

6,0

4,5

2,4

1,5

1,0

témoin

7,0

4,7

3,2

2,7

1,4

18

1,0

1,0

1,0

<1,0

<1,0

témoin

4,0

3,3

2,1

1,7

1,0

19

10

8,5

6,0

5,0

3,0

témoin

11

10

9,0

8,0

5,5

20

<1,0

<1,0

<1,0

<1,0

<1,0

témoin

<1,0

<1,0

<1,0

<1,0

<1,0

* La limite inférieure des possibilités du détecteur est de 1,0.

losiques de grand diamètre ne donnent pas de telles valeurs prédéterminées et des rendements d'extraction aussi élevés. Les feuilles de filtration des exemples 16 à 20 montrent l'excellent rendement d'extraction des suspensions aqueuses de poussière siliceuse, par rapport aux feuilles connues, comme l'indiquent les rendements du tableau VII.

Les potentiels zêta de la feuille de l'exemple 20 et du témoin correspondant sont mesurés pour divers pli et les résultats figurent sur le dessin annexé.

Exemples 21 à 28

On préparc des feuilles de filtration selon l'invention par le procédé général de l'exemple 5, mais, dans le cas de l'exemple 21, la feuille est préparée par le procédé de l'exemple 14 avec, comme dans cet exemple, un mélange de microfibres de verre et de microfibres de titanate. Dans les exemples 22 à 28, des microfibres de verre ayant des diamètres moyens différents, indiqués dans le tableau VIII, sont utilisées. Les poids et autres propriétés des feuilles de filtration de ces exemples figurent dans le tableau VIII.

Tableau VIII

Feuille de

Diamètre moyen des microfibres, microns

Poids de

Revête

Résistance filtration la feuille,

ment,

à la traction.

de l'exemple g/m2

%

N/m

21

0,12

22

17

N.D.

22

0,38

49

6,6

134

23

0,52

34

7,3

145

24

0,58

35

6,4

113

25

0,80

26

4,8

22

26

2,2

26

5,0

30

27

2,1

18

8,4

19

28

3,2

35

9,0

69

L'efficacité des feuilles des exemples 21 à 28 est déterminée dans la filtration de la suspension aqueuse de particules de latex monodis-persées au cours de l'essai d'extraction des particules de latex indiqué précédemment. A titre comparatif, on incorpore à l'évaluation des feuilles préparées à l'aide de microfibres ayant des diamètres moyens identiques mais préparées autrement que selon l'invention et on les désigne par le terme «témoin». Les feuilles comparatives sont fabriquées par Pali Corporation et vendues sous la marque de fabrique «Ultipor» GF. Les résultats des essais figurent dans le tableau IX.

(Tableau en tête de la colonne suivante)

Les capacités et rendements d'extraction de perles de latex des feuilles des exemples 21 à 28 sont nettement supérieurs à ceux des feuilles connues de filtration préparées avec des microfibres ayant

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

11

658 406

Tableau IX

Feuille de filtration de l'exemple

Diamètre

Capacité du latex, g/m2 de surface de des perles de latex,

membrane pour le rendement indiqué d'extraction microns

99,999

99.99

99,9

99,0

21

0,29

44

57

68

72

témoin

0,29

14

18

22

30

22

0,40

22

24

27

41

témoin

0,40

0

2

13

22

23

0,80

29

35

42

57

témoin

0,80

0

2

4

15

24

1,1

33

41

50

77

témoin

1,1

16

18

20

28

25

2,8

33

44

79

>325

témoin

2,8

8

11

15

22

26

3,4

26

28

35

93

témoin

3,4

11

13

15

17

. 27

7,6

17

. 22

37

83

témoin

7,6

0

2

22

37

28

12

97

325

>325

>325

témoin

12

II

15

19

24

des diamètres moyens pratiquement identiques. Comme l'indiquent les résultats du tableau IX, le rendement d'extraction des particules de latex par les feuilles de microfibres contenant une résine cationique préparée avec des microfibres ayant divers diamètres moyens est nettement amélioré. Il apparaît en outre que les feuilles préparées avec les microfibres de verre ayant des diamètres moyens relativement grands présentent une augmentation importante du rendement de filtration des particules de latex de grande dimension par rapport aux filtres de microfibres de verre disponibles dans le commerce.

Exemple 28a

On détermine la capacité de retenue de saletés ou la durée d'un filtre comparatif dans le cas de la membrane de l'exemple 23 et d'une membrane du commerce contenant 20% en poids de microfibrcs de verre et 80% en poids de fibres de cellulose (produit OS-81-2630 de Eaton-Dikeman Incorporated, Watertown, New York). On essaie les deux membranes dans les conditions indiquées précédemment de l'essai de rendement d'extraction de particules en milieu aqueux. On détermine les capacités de retenue des saletés des membranes par traitement à l'aide de la suspension de poussière siliceuse jusqu'à ce qu'il apparaisse des pertes de charge de 2,81 bar de part et d'autre des membranes indiquant la fin de la durée utile du filtre. D'après la durée de l'essai, la concentration de la poussière siliceuse et le débit de suspension d'essai, on calcule la capacité apparente de retenue de saletés pour chaque membrane. La dimension nominale absolue d'extraction de particules pour un rendement de 99,95% est aussi déterminée pour chaque membrane comme décrit précédemment. Les résultats des essais figurent dans le tableau IX-a.

Tableau IX-a

Membrane de l'exemple

Dimension OSU F-2

d'extraction de particules, microns pour un rendement de 99,95 %

Capacité de retenue de saletés (à 2,81 bar) en g de poussières d'essai par m2 de membrane

23

2

59

filtre de fibres

cellulose-verre

A

Les résultats du tableau qui précède montrent la très grande augmentation de la capacité de filtration de saleté des membranes selon l'invention par rapport aux membranes connues contenant des fibres de cellulose qui constituent un renforcement. Les résultats montrent que les membranes contenant de la cellulose, ayant une dimension nominale de retenue de particules identique, ont une capacité de collecte de saleté très réduite et une durée plus courte que celle des feuilles de filtration selon l'invention.

Exemple 28b

5 On soumet les feuilles de filtration des exemples 22 et 23 et la membrane témoin de cet exemple à un essai de bullage par mise en œuvre du procédé bien connu dans l'industrie. Cet essai mesure les débits d'air à travers une membrane ou feuille de filtration mouillée par un liquide et donne une information utile sur les caractéristiques 10 des pores de la feuille ou membrane. Lorsqu'on porte la variation du débit d'air par unité de pression appliquée à travers une membrane ou feuille mouillée en fonction de la pression croissante appliquée, le débit initial est très faible et constant jusqu'à une augmentation très nette de la pression nécessaire au déplacement du liquide de mouil-15 läge, par exemple l'eau, hors des pores de la feuille ou membrane. La pression appliquée à cette transition est une mesure de la répartition de la dimension des porcs et peut être déterminée d'après l'équation connue de montée par capillarité. Des matières à pores uniformes sont caractérisées par un changement très net de pente à la pression 20 de déplacement capillaire, alors que les feuilles ayant une dispersion importante des pores donnent une faible variation de pente, indiquant la présence de pores ayant des diamètres différents. On peut utiliser la plage de pressions de déplacement capillaire pour l'estimation de la dispersion des diamètres des pores, à l'aide de l'équation 25 de montée capillaire.

Les résultats des essais figurent dans le tableau IX-b.

Tableau IX-b

Membrane de l'exemple

Diamètre des pores, microns Moyen Plage

22

23

filtre de fibres cellulose-verre

0,875 0,86 à 0,89 0,93 0,89 à 0,95

1,75 1,4 à 2,1

Ces résultats montrent que les membranes ou feuilles selon l'in-40 vention ont des pores dont les dispersions sont bien plus faibles que celles des membranes ou feuilles connues contenant des fibres de verre renforcées par des fibres de cellulose.

Exemple 29

45 On transforme des microfibres de verre de diamètre moyen égal à 0,3 micron en une dispersion de microfibres revêtues d'une résine cationique selon le procédé de l'exemple 5. On met alors la dispersion sous la forme d'une feuille de filtration, avec un poids de 47 g/m2, puis on fait durcir.

50

Exemple 30

On transforme des microfibres de verre de diamètre moyen égal à 0,3 micron en une dispersion de fibres revêtues d'une résine cationi-55 que de liant par le procédé de l'exemple 5. On met la dispersion sous la forme d'une feuille avec un poids de 15 g/m2, avant durcissement.

On évalue les propriétés des feuilles des exemples 29 et 30, et plus précisément leur aptitude à filtrer les bactéries des suspensions aqueuses. On les traite avec la bactérie Pseudomonas diminuta (ayant 60 la forme d'un bâtonnet de 0,3 micron de diamètre et 1 micron de longueur) en suspension aqueuse à un pH presque neutre, selon le procédé indiqué précédemment d'extraction des bactéries. A titre comparatif, on incorpore à l'essai une feuille de filtration préparée à partir de microfibres de verre ayant pratiquement le même diamètre 65 moyen mais elle n'est pas formée selon l'invention. Cette feuille est fabriquée par Pali Corporation et vendue sous la marque de fabrique «Ultipor» GF et elle est repérée par «témoin». Les résultats des essais figurent dans le tableau X.

658406

12

Tableau X

Feuille de filtration de l'exemple

Poids de la feuille de filtration

(g/m2)

Action de Pseudomonas diminuta

Quantité totale

Extraction (%)

29

47

1,7-10"

99,9995

1,6-10"

99,9998

1,6 -10'°

99,9998

30

15

1,4-10"

99,999

1,4-10"

99,997

1,3-1010

99

témoin

16

1,5 -108

92

1,4-10'

72

9,9-10'

47

On détermine le rendement d'extraction de la bactérie Serratia marcescens, qui a un diamètre de 0,45 micron, d'une suspension aqueuse neutre comme indiqué précédemment pour l'essai d'extraction de bactéries, avec la feuille de filtration de l'exemple 30. A titre comparatif, on fait subir les mêmes essais à une feuille connue de filtration appelée «témoin» dans le tableau X. Les résultats des essais figurent dans le tableau XI.

Tableau XI

Feuille de filtration de l'exemple

Poids de la feuille de filtration (g/m2)

Action de Serratia marcescens

Quantité totale

Extraction (%)

30 témoin

1.4

1.5

5,6-108 6,0-108

99,999999 99,9997

Exemple 31

On transforme des microfibres de verre de diamètre moyen égal à 0,61 micron en une dispersion de fibres revêtues de résine cationique de liant par le procédé de l'exemple 5. On met alors la dispersion sous la forme d'une feuille de filtration ayant un poids de 23 g/m2, puis on la durcit. La membrane subit l'essai de rendement d'extraction de la bactérie Serratia marcescens de la suspension aqueuse à pH neutre. A titre comparatif, on utilise une feuille de type connu préparée avec des microfibres de verre ayant pratiquement le même diamètre moyen, comme indiqué par «témoin» dans le tableau XII.

Tableau XII

Feuille de filtration de l'exemple

Poids de la feuille de filtration (g/m2)

Action de Serratia marcescens

Quantité totale

Extraction (%)

31

2,1

2,0-10"

99,99995

1,7-107

99,9999

1,6-10"

99,95

témoin

2,0

2,0-10°

52

1,7-107

44

1,6-108

55

On essaie un certain nombre de feuilles de filtration afin de déterminer leur aptitude à l'extraction d'une endotoxine de la suspension aqueuse à pH presque neutre, par mise en œuvre du procédé précité de détermination de la réduction du titre d'endotoxine. On utilise l'endotoxine E. coli en solution aqueuse pour l'essai des membranes des exemples 23, 29 et 30. On pense que ces endotoxines ont des dimensions moléculaires et sont sous forme de bâtonnets ayant un diamètre d'environ 0,001 micron. A titre comparatif, on incorpore à l'essai de rendement d'extraction d'endotoxine une feuille de filtration appelée «témoin» dans le tableau XI. Les résultats des essais figurent dans le tableau XIII.

Tableau XIII

Feuille de filtration de l'exemple

Poids de la feuille de filtration

(g/m2)

Rendement d'extraction pour l'endotoxine E. coli

23

3,1

99,97 %

29

4,3

99,998 %

30

1,4

99,97 %

témoin

1,5

90%

Exemple 32

On dépose sur une plaque de verre une solution aqueuse à 5% en poids de résine activée «R-4308» sous la forme d'un film de 0,127 à 0,254 mm d'épaisseur par étalement du film avec une lame de raclage. On étale sur une lame de verre séparée un film de 0,127 à 0,254 mm d'épaisseur d'une solution aqueuse à 0,18% en poids de «Nalcolyte» 7763. On met alors un morceau de 929 cm2 d'une feuille polyester non tissée «Rcemay» 2114, ayant un poids de 30 g/m2, au contact de la résine précitée «R-4308» afin d'appliquer la résine à la feuille, par dépôt de la feuille sur la surface revêtue du verre. On retire la feuille de la surface et on la place de manière analogue sur le film d'agent précipitant en exerçant un faible contact manuel afin que le contact de la solution de traitement soit régulier et que l'agent précipitant passe sur la feuille. On place alors la feuille revêtue de la résine dans un appareil de formation d'un filtre sous vide décrit précédemment, et on la traite avec une suspension de microfibres de l'exemple 4, à raison de 22 g/m2. La feuille formée subit un séchage et un durcissement pendant 15 min à 125° C et elle est prête pour les essais.

Exemples 33 à 37

On prépare un certain nombre de feuilles de filtration supportées par un substrat par le procédé de l'exemple 32 avec la suspension de fibres revêtues de l'exemple 4. Le tableau XIV indique la variation de la concentration de résine adhésive et de l'agent précipitant appliqué sur le substrat. Les feuilles durcies de ces exemples subissent l'essai d'adhérence de la feuille de filtration à la feuille du substrat, par essai de séparation à l'interface d'adhérence, à la main. On considère qu'une rupture à l'interface de liaison, indiquée par l'adhérence des microfibres de verre à la feuille du substrat et à l'interface après séparation des couches, constitue une adhérence accptablc, considérée comme bonne à excellente, la qualité étant considérée d'autant meilleure que la quantité de microfibres adhérentes est grande. L'adhérence est considérée comme mauvaise si la séparation des couches a lieu sans que des fibres paraissent rester collées pratiquement au substrat.

Tableau XIV

Teneur en résine des solutions de traitement du substrat

Exemple

Résine «R-4308»

«Nalcolyte 7763»

Adhérence

32

33

34

35

36

37

5 %

5

5

4 3

5

0,18 0,14 0,09 0,18 0,18 0,07

excellente excellente bonne bonne bonne mauvaise

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

13

658 406

Les résultats du tableau XIV montrent que les membranes de filtration supportées, ayant une excellente adhérence au substrat,

peuvent être préparées par le procédé de l'invention.

Exemples 38 à 41 5

On répète le procédé de l'exemple 32, mais on utilise la dispersion de microfibres de l'exemple 5 et on remplace l'agent précipitant «Nalcolyte» 7763 par l'agent précipitant «Carboset» 531 dans l'opération de traitement du substrat. Les feuilles subissent un durcissement puis un essai de détermination d'adhérence des couches comme io décrit dans l'exemple 2 et les résultats figurent dans le tableau XV.

Tableau XV

Teneur pondérale en résine des solutions de traitement du substrat

Exemple

Résine «R-4308»

«Carboset 531»

Adhérence

38

39

40

41

5 2 5 1

2 2 1 1

excellente bonne mauvaise moyenne

Les résultats du tableau XV montrent que l'utilisation de l'agent & précipitant «Carboset» 531, dans le procédé de l'invention, permet l'obtention de feuilles de filtration à microfibres de verre supportées par le substrat ayant une excellente adhérence entre les deux couches. Celte excellente adhérence présentée par les feuilles de ces exemples permet leur transformation en accordéon, par ondulation,

et l'incorporation des cartouches de filtration sans rupture ou perte des autres propriétés de filtration. De telles feuilles supportées par un substrat peuvent aussi être utilisées, sans traitement supplémentaire, dans des applications de filtration nécessitant des feuilles ayant une résistance mécanique et une résistance à la fracture exceptionnelles.

Les rendements d'extraction de bactéries et d'endotoxines très élevés des feuilles de filtration selon l'invention, contrairement à ceux des feuilles de filtration connues, apparaissent clairement dans les exemples qui précèdent. Les rendements élevés d'enlèvement de particules et de certaines grosses molécules des suspensions aqueuses, l'excellente résistance mécanique pour une faible teneur en résine et la simplicité relative de fabrication apparaissent aussi. Ces filtres sont utiles dans l'industrie et dans les applications médicales, pour le traitement de l'eau reçue dans des applications délicates telle que l'eau injectée dans des êtres humains, au cours de la fabrication de circuits microélectroniques, pour la filtration du sérum sanguin, afin que la stérilité soit améliorée, pour la filtration des fluides pa-rentéraux, et en général dans toute application dans laquelle un liquide contenant des anions doit être filtré avec une épuration poussée.

Les suspensions préparées dans ces exemples contenant les fibres de verre, la résine cationique du liant et l'agent précipitant sont très stables et peuvent être utilisés comme adjuvants de filtration, soit comme prêcouche, soit comme précouche et en mélange avec le liquide à filtrer.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

30

R

1 feuille dessin

Claims (22)

1. 658 406

   2

   REVENDICATIONS

   1. Matière filtrante fibreuse ayant un potentiel zêta positif et revêtue d'un polymère ou d'une résine de liant, caractérisée en ce qu'elle contient des microfibres minérales ayant normalement un potentiel zêta négatif, revêtue d'une manière sensiblement uniforme d'un polymère ou d'une résine de liant thermodurcissable, cationi-que et non colloïdal, sous forme précipitée et durcie, le polymère ou la résine étant présent en quantité suffisante pour que la matière filtrante ait un potentiel zêta positif pour que les microfibres soient liées les unes aux autres.
2. 2. Matière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les microfibres sont des microfibres de verre, de titanate ou un mélange de microfibres de verre et de titanate.
3. 3. Matière selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le polymère ou la résine est une résine de type époxyde, par exemple une résine de polyamido/polyamino-épichlorhydrine ou une résine de polyamine-êpichlorhydrine.
4. 4. Matière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport pondéral du polymère ou de la résine aux microfibres est compris entre 1/100 et 40/100, de préférence entre 5/100 et 30/100.
5. 5. Matière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la feuille de filtration a des dimensions réelles de pores comprises entre 0,5 et 50 microns environ, de préférence inférieures ou égales à 20 microns.
6. 6. Matière selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les microfibres sont des fibres coupées et ont un diamètre moyen compris entre 0,1 et 10 microns.
7. 7. Matière selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle a une aptitude efficace à l'extraction de particules inférieure à la dimension réelle des pores de la membrane.
8. 8. Procédé de préparation d'une matière filtrante fibreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend

   (1) le mélange de microfibres minérales ayant normalement un potentiel zêta négatif avec une solution aqueuse d'un polymère ou d'une résine de liant thermodurcissable, cationique, non colloïdale et hydrosoluble, afin qu'une dispersion des microfibres soit formée, et

   (2) l'addition à la dispersion d'un agent précipitant qui fait précipiter le polymère ou la résine qui revêt les microfibres.
9. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les microfibres sont formées de verre, de titanate ou sont sous la forme d'un mélange de fibres de verre et de titanate.
10. 10. Procédé scion la revendication 8, caractérisé en ce que le polymère ou la résine est une résine hydrosoluble de type époxyde, telle qu'une résine de polyamido-polyamino-èpichlorhydrine ou une résine de polyamine-êpichlorhydrine.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le polymère ou la résine comportent des groupes ammonium quaternaire.
12. 12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pH de la dispersion, avant addition de l'agent précipitant, est alcalin.
13. 13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le rapport pondéral du polymère ou de la résine aux microfibres présentes dans la dispersion est compris entre 1/100 et 40/100.
14. 14. Procédé selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que le rapport pondéral de la résine ou du polymère à l'agent précipitant est compris entre 100/1 et 1/1, de préférence entre 10/1 et 1/1.
15. 15. Procédé selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce que la solution aqueuse de polymère ou résine de liant de type thermodurcissable, cationique, non colloïdale et hydrosoluble, avant le mélange avec les microfibres, a une concentration comprise entre

    1 et 6% en poids de résine ou de polymère.
16. 16. Procédé selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que l'agent précipitant est ajouté à la dispersion sous la forme d'une solution ou dispersion aqueuse ayant de préférence une concentration comprise entre 0,01 et 4,00% en poids.
17. 17. Procédé selon l'une des revendications 8 à 16, caractérisé en ce que l'agent précipitant est un polymère synthétique soluble ou dispersablc dans l'eau, contenant des groupes anioniques.
18. 18. Procédé selon l'une des revendications 8 à 17, caractérisé en ce que les microfibres minérales sont mélangées à de l'eau afin qu'elles forment une dispersion initiale avant le mélange avec la solution aqueuse de polymère ou de résine du liant.
19. 19. Procédé selon l'une des revendications 8 à 18, caractérisé en ce que les microfibres revêtues sont mises sous la forme d'une feuille de filtration.
20. 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la formation de la feuille comprend la formation d'une couche ou d'un feutre des microfibres revêtues sur une surface perforée, l'application du vide à travers la surface afin que l'eau soit retirée du feutre, le séchage du feutre et le durcissement du polymère ou de la résine afin que le feutre forme une feuille cohérente.
21. 21. Utilisation de la matière filtrante fibreuse selon l'une des revendications 1 à 7 pour la filtration des particules d'un fluide, caractérisé en ce qu'il comprend la circulation du fluide à travers la matière filtrante, les particules ayant une charge négative et une dimension comprise entre 0,001 et 50 microns.
22. 22. Procédé de préparation d'une matière filtrante sous la forme d'une feuille de filtration de microfibrcs minérales, la feuille étant supportée, et étant telle que (1) un polymère ou une résine de liant revêt les microfibres et (2) elle a un potentiel zêta positif en milieu alcalin, procédé caractérisé en ce qu'il comprend:

    (a) la préparation d'une suspension aqueuse de microfibrcs minérales revêtues de ladite résine de liant ou dudit polymère par le procédé selon la revendication 8,

    (b) l'application à une feuille fibreuse formant substrat d'une solution aqueuse d'une résine adhésive compatible avec le polymère ou la résine revêtant les microfibres,

    (c) l'application d'un second agent précipitant de la résine adhésive à la feuille du substrat,

    (d) l'introduction dudit second agent précipitant dans le liant fibreux de la feuille du substrat afin qu'il se mélange à la solution aqueuse d'une résine adhésive et provoque la précipitation de celle-ci et le revêtement des fibres de la feuille du substrat par cette résine,

    (e) le dépôt de ladite suspension aqueuse de microfibrcs organiques revêtues d'un polymère ou d'une résine de liant, sur la feuille du substrat,

    (0 l'aspiration de l'eau de la suspension aqueuse à travers la feuille du substrat et la formation d'une feuille de microfibres minérales à la surface de la feuille du substrat, et

    (g) le séchage de la feuille formée par la suspension aqueuse et de la feuille du substrat et le durcissement de la première résine adhésive et du polymère ou résine du liant afin qu'une liaison par adhérence soit formée entre les microfibres minérales de la feuille de filtration et les fibres de la feuille du substrat.