CH663554A5 - Procede de rincage de surfaces sans utilisation d'eau, et installation pour la mise en oeuvre de ce procede. - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de rinçage de surfaces sans utilisation d'eau, et à une installation pour la mise en œuvre de ce procédé.

Pour le rinçage de surfaces ayant été soumises à un traitement physique, chimique ou électrochimique en milieu aqueux (dépôt galvanique d'un revêtement, gravure, polissage, trempe, dégraissage, décapage, développement et fixation, oxydation, coloration, etc.) ou de surfaces ayant été formées en milieu aqueux (par cristallisation, précipitation, etc.), pratiquement toutes les méthodes actuellement connues et largement utilisées industriellement impliquent comme première étape le rinçage des pièces à l'eau, puis l'élimination de celle-ci desdites surfaces.

Ce type de méthode présente toutefois au moins deux inconvénients, à savoir qu'elle conduit à la formation de quantités importantes d'eau polluée qui sont incompatibles avec les exigences, actuellement de plus en plus sévères, de protection de l'environnement, et que les solutions aqueuses ainsi éliminées des surfaces, même si elles peuvent être récupérées, sont généralement dégradées et inutilisables.

Quant au séchage subséquent, la plus ancienne méthode connue consiste en l'évaporation libre ou forcée de l'eau dans l'atmosphère, ce qui implique comme inconvénients majeurs la formation de taches et l'oxydation des surfaces, généralement inadmissibles. Des méthodes plus modernes sont basées sur l'utilisation de liquides hy-drofuges pour éliminer l'eau des surfaces. D'autres méthodes utilisent des bains tels que du trichloréthylène ou perchloréthylène bouillants additionnés d'agents tensio-actifs. L'eau est ainsi éliminée par formation d'azéotropes, et il n'y a que peu ou pas d'oxydation des surfaces, mais le problème des taches n'est pas résolu pour autant.

Le dernier inconvénient précité a pu être partiellement éliminé par l'utilisation de solvants chlorofluorés, également utilisables directement comme agents de nettoyage, dégraissage, rinçage et/ou séchage, seuls ou en mélange avec d'autres produits tels que des alcools et des agents tensio-actifs. Par exemple, le brevet US 3.397.150 décrit un moyen pour éliminer l'eau comprenant un mélange de trichlorotrifluoroéthane et d'un agent tensio-actif constitué par un produit de neutralisation d'éthers alkyliques d'acide phosphorique avec une amine aliphatique et formant avec l'eau un mélange azéotropique. Au contraire, le brevet CH 499.075 préconise l'emploi de solvants fluorés et d'agents tensio-actifs non susceptibles de former avec l'eau un mélange azéotropique. Quant au brevet US 4.169.807, il décrit comme moyen de séchage de pièces à base de silicium des mélanges contenant du propanol, de l'eau et certains composés perfluorés.

L'inconvénient majeur de ces méthodes mettant pratiquement toujours en œuvre un agent tensio-actif, en plus des inconvénients déjà cités relatifs à l'utilisation d'eau de rinçage, consiste en ce que l'élimination complète de l'agent tensio-actif est souvent difficile, voire impossible à obtenir dans des conditions industrielles. Or, la présence à la surface d'une pièce d'un film, même monomoléculaire, d'agent tensio-actif peut se révéler très néfaste, par exemple dans le cas d'un traitement subséquent galvanique ou autre.

En conséquence, le but de cette invention consiste à obvier aux inconvénients des méthodes connues pour le rinçage de surfaces, en fournissant un procédé qui ne nécessite pas l'utilisation d'eau, ni d'agents tensio-actifs.

Le procédé selon l'invention, visant à atteindre le but ci-dessus, est caractérisé en ce qu'on traite les surfaces avec un liquide non solvant, stable thermiquement et inerte chimiquement, de manière à former une émulsion avec le liquide aqueux présent sur lesdites surfaces, jusqu'à élimination complète de celui-ci. Selon une variante, on peut ensuite soumettre les surfaces à un rinçage supplémentaire en présence de vapeurs dudit liquide non solvant et ensuite à un séchage.

De préférence, le liquide non solvant destiné à former une émulsion avec le liquide aqueux à éliminer est choisi parmi les composés organiques complètement fluorés, par exemple du type de ceux commercialisés sous la marque «Fluorinert» par la société 3M. Dans la suite de la présente description, ces composés seront dénommés LFI (= Liquides Fluorés Inertes).

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Un autre objet de cette invention consiste en une installation pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Cette installation est caractérisée par le fait qu'elle comporte une première zone de rinçage dans laquelle sont disposés des moyens de traitement des surfaces par un liquide non solvant inerte destiné à former une émulsion avec le liquide aqueux à éliminer présent sur lesdites surfaces. Cette installation peut également comporter des moyens de vaporisation dudit liquide non solvant inerte dans une seconde zone de rinçage, et une zone de séchage située de préférence directement au-dessus de cette seconde zone de rinçage en phase vapeur.

L'installation peut en outre également comprendre des moyens de récupération de l'émulsion formée et des moyens de cassage de ladite émulsion, des moyens de séparation des deux phases liquides formées, ainsi que des circuits distincts de recyclage des liquides ainsi séparés.

Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une réalisation d'une installation selon l'invention pour le rinçage de surfaces.

Tant en ce qui concerne la formation de l'émulsion que le cassage et la séparation de celle-ci après récupération, on peut utiliser n'importe quelle technique connue.

Pour ce qui est de la formation de l'émulsion, on peut utiliser un récipient contenant le LFI dans lequel les pièces sont immergées. Celles-ci peuvent être déposées en vrac dans des paniers ou des tambours, montées sur des racks prévus à cet effet, ou bien suspendues dans le cas de pièces de plus grandes dimensions, ou bien maintenues dans le LFI par n'importe quel type de support, ou encore dans le cas d'une technique en continu sous la forme d'un passage en bande, en fil, en film, etc.

L'émulsion est obtenue de préférence par application d'ultrasons, par exemple à des fréquences généralement comprises entre 20 et 80 kHz, ou par agitation et vibration plus ou moins énergique des pièces à traiter immergées soit transmise mécaniquement par une source externe, soit induite électromagnétiquement à l'intérieur des pièces, ou encore par agitation et vibration du récipient lui-même et transmission aux pièces immergées par le liquide. Ces techniques et plus particulièrement celle mettant en œuvre des ultrasons sont notamment appropriées pour le traitement de pièces relativement petites et coûteuses dans des installations de petites dimensions.

Pour des pièces aux formes simples, telles que fils et bandes, on peut utiliser des techniques de giclage et d'aspersion à des pressions plus ou moins élevées.

Enfin, pour des pièces lourdes et de relativement grandes dimensions, traitées dans des installations volumineuses, un procédé du type «Hydroson» (mis au point par Erne AG, Dällikon (Suisse) et décrit dans la publication «Oberfläche-Surface» N° 21, 12/1980) est applicable.

Comme déjà mentionné, le liquide non solvant inerte employé dans le procédé selon l'invention est de préférence un composé organique complètement fluoré du type «Fluorinert» (de 3M). Ces composés, dérivés de composés organiques communs par remplacement de tous les atomes d'hydrogène par des atomes de fluor, ne contiennent donc ni hydrogène, ni chlore. Ils sont non polarisés et n'ont pratiquement aucune action de solvant. Ils sont incolores, inodores, faiblement toxiques et ininflammables, mais surtout présentent une stabilité thermique élevée et sont chimiquement inertes. Ces composés LFI sont donc quant à leurs propriétés complètement différents des solvants chlorofluorés habituellement employés comme solvants, agents de dégraissage et de séchage, etc. De plus, par rapport à ceux-ci, l'exceptionnelle inertie chimique des LFI fait qu'ils ne contaminent ou modifient en rien les solutions aqueuses qu'ils émulsionnent, et que celles-ci peuvent donc être réutilisées directement en amont du processus de fabrication, après démulsification.

Certains agents tensio-actifs fluorés stables peuvent se dissoudre dans une certaine mesure dans les LFI. Par conséquent, et bien que cela ne soit pas nécessaire en général, il peut être dans certains cas utile d'en incorporer au LFI afin d'augmenter l'efficacité et la rapidité du rinçage, surtout lorsque l'on met en œuvre la technique du giclage/aspersion. Le même effet que ci-dessus peut aussi être obtenu en incorporant l'agent tensio-actif fluoré stable au liquide aqueux à éliminer.

L'emploi préféré de liquides organiques complètement fluorés 5 n'exclut toutefois pas que d'autres produits partiellement fluorés, par exemple du type «Fréon 113», puissent être également utilisés, dans certains cas, et essentiellement pour des raisons économiques et/ou lorsque les exigences qualitatives des surfaces sont moins élevées. Dans ce cas, et pour compenser le pouvoir émulsionnant io moindre, il est recommandé d'ajouter un agent tensio-actif du type précité.

En ce qui concerne les différentes possibilités de casser une émulsion, on peut citer notamment la centrifugation, la décantation, l'action d'ultrasons à fréquence déterminée, la démulsification chi-15 mique, le passage de l'émulsion à travers une grille fine, un lit granulaire, un matériau poreux ou filamenteux, une membrane hydrophobe, etc., l'utilisation d'un effet thermique, de radiations ionisantes, d'un champ magnétique, la microflottation, l'ultrafiltration, etc. Il semble que la technique qui serait actuellement la mieux appro-20 priée serait celle du séparateur ou démulsionneur à haute tension, du type de celui décrit par exemple dans le brevet US 1.533.711.

Enfin, en ce qui concerne le séchage des surfaces, on peut citer notamment le soufflage de gaz froid ou chaud, l'emploi de radiations infrarouges, l'évaporation libre, le chauffage par induction, le 25 séchage en phase vapeur, etc. Il semble toutefois que la technique qui serait la mieux appropriée ici serait celle du séchage en phase vapeur, bien connue par les professionnels.

La méthode préconisée par la présente invention offre donc, par rapport aux méthodes traditionnelles, les avantages très importants 30 suivants:

— plus du tout ou beaucoup moins de pollution de l'environnement, et plus particulièrement des eaux;

— récupération intégrale et dans leur forme originale des liquides aqueux à éliminer des surfaces, et donc également par exemple

35 des métaux qu'ils contiennent;

— utilisation de beaucoup moins de place que par exemple celle nécessaire aux bacs de décantation;

— très importante diminution de la consommation d'eau, de la consommation des produits chimiques utilisés habituellement pour

40 la neutralisation et la détoxication, de l'énergie thermique nécessaire par rapport à celle nécessaire à l'évaporation pour la concentration des eaux de rinçage, et

— possibilité d'utiliser des processus de fabrication éprouvés mais que de très importants problèmes de détoxication en interdi-

45 sent ou en limitent l'emploi, comme par exemple l'utilisation de composés cyanurés, au cadmium, au chrome hexavalent 6, etc.

De plus, l'utilisation de la technique d'émulsionnement avec un liquide non solvant permet d'envisager l'application du procédé selon l'invention non seulement aux surfaces non absorbantes, mais 50 également à des corps tels que des céramiques non vernies, des frittés, des tissés, etc. Ce procédé peut donc être mis en œuvre non seulement par exemple dans les domaines techniques de la galvanoplastie, de la fabrication des plaquettes de silicium, des circuits imprimés, etc., mais également en photolithographie, dans la fabrica-55 tion et le développement de films photographiques, le traitement et notamment la teinture des textiles, l'industrie du cuir, l'industrie chimique, celle des mines, etc.

On décrira maintenant à titre d'exemple et en référence au dessin annexé une forme d'exécution du procédé et de l'installation selon 6o l'invention.

Les pièces à rincer (non illustrées) sont introduites directement dans une cuve ou récipient 1 contenant le LFI 2 froid (température ambiante). Des transducteurs ultrasoniques 3 sont mis en action pour permettre l'émulsionnement du liquide à éliminer par le LFI. 65 Cette émulsion est soumise à un mouvement ascendant, car sa densité est moindre que celle du LFI d'une part, et d'autre part du fait que le LFI est introduit dans la cuve 1 par le fond, au moyen d'une pompe de recirculation 4 et via un filtre intermédiaire 5.

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L'émulsion 6 déborde par conséquent de la cuve 1 et est dirigée vers un démulsionneur à haute tension 7.

Ce démulsionneur 7 comprend une électrode filiforme axiale 8 reliée à une source de haute tension et un corps cylindrique conducteur relié à la terre. L'émulsion est alors cassée par la réunion des microgouttelettes en grosses gouttes. Le mélange LFI/grosses gouttes 9 de liquide à éliminer passe ensuite dans un décanteur 10 ou vase florentin. Le liquide aqueux à éliminer, moins dense que le LFI, flotte à la surface de celui-ci et, par additions successives, déborde par le tuyau d'évacuation 11 ; ce liquide aqueux est récupéré et peut être réutilisé directement comme tel en amont du processus de fabrication. Quant au LFI, il passe sous la chicane 10' et déborde dans le réservoir 12 du décanteur 10, cette partie du réservoir faisant office de récipient d'équilibrage des variations de niveaux de toute l'installation. 15

Comme on l'a déjà dit, la pompe 4 soutire le LFI sec et propre du réservoir 12, qui passe alors par un filtre 5 et entre dans la cuve 1 par le fond et au travers de volets antiturbulences 13, poussant ainsi l'émulsion vers le haut, comme un piston, afin de remplacer rapide- 20 ment l'émulsion par du LFI sec et propre.

Un dispositif de détection de turbidité 14 détermine la fin du processus d'émulsionnement, c'est-à-dire dès que le LFI est parfaitement clair et sans trouble, ce qui signifie que les surfaces à rincer sont alors totalement débarrassées du liquide aqueux à éliminer. 25 Une autre possibilité de contrôle consiste à insérer un détecteur de tension et/ou un détecteur de courant dans le circuit haute tension d'alimentation du démulsionneur, la tension étant inversement proportionnelle et le courant étant proportionnel à la quantité des microgouttelettes arrivant dans le démulsionneur. 30

Les pièces sont ensuite retirées de la première zone de rinçage en phase liquide (cuve 1) et elles passent dans une seconde zone de rinçage 15 en phase vapeur contenant les vapeurs du liquide LFI. Ces vapeurs sont produites par deux bouilleurs 16 chauffés par des corps de chauffe 17 et alimentés en LFI par le réservoir 12. Un système de détection de niveau 18 asservit les vannes 19.

Dans la zone des vapeurs 15, celles-ci se condensent sur les pièces qui sont extraites du LFI froid de la cuve 1, ce qui a pour conséquence que le liquide ainsi distillé, extrêmement pur, élimine par entraînement d'éventuelles impuretés pouvant se trouver encore sur les surfaces, et que l'énergie thermique des vapeurs est transférée aux pièces, qui s'échauffent donc. Une fois chaudes , les pièces peuvent alors être retirées de la zone des vapeurs 15 pour entrer dans la zone de séchage 20, dont les parois sont refroidies par un double manteau 21, dans lequel circule un fluide réfrigérant (eau, «Fréon», etc.). Le refroidissement des parois peut être également assuré par un serpentin dans lequel circule un fluide réfrigérant. Ainsi, le LFI présent sur les pièces réchauffées par ce dernier s'évapore et se recondense sur les parois froides du double manteau. Le LFI ainsi recondensé coule le long des parois et est amené dans un décanteur (vase florentin) 22, en même temps qu'une faible quantité d'eau provenant de l'humidité de l'air ambiant est également condensée sur les parois du double manteau, eau qui surnage à la surface du LFI plus dense et, par additions successives, déborde par un tuyau 23 pour être évacuée à l'égout. Le LFI, ainsi distillé, est réintroduit par gravité dans le bas de la cuve 1. Les impuretés amenées au système sont rassemblées soit dans le filtre 5, soit au fond des bouilleurs 16. Enfin, lorsque la pompe 4 ne tourne pas, un clapet antiretour 24 a été prévu pour empêcher que le LFI de là cuve 1 ne vienne se vider par gravité dans le réservoir 12.

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1. Procédé de rinçage de surfaces sans utilisation d'eau, caractérisé en ce qu'on traite les surfaces mouillées d'un liquide aqueux avec un liquide non solvant, stable thermiquement et inerte chimiquement, de manière à former une émulsion avec le liquide aqueux à éliminer présent sur lesdites surfaces, jusqu'à élimination complète de celui-ci.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'ensuite on soumet les surfaces à un rinçage en présence de vapeurs dudit liquide non solvant, puis à un séchage.

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REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide non solvant est choisi parmi les composés organiques complètement fluorés.

4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le liquide non solvant est un composé organique non complètement fluoré, ce liquide pouvant être additionné d'un agent tensio-actif chimiquement stable.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'on récupère ensuite l'émulsion, qu'on casse celle-ci, qu'on sépare les deux phases ainsi formées, puis qu'on récupère le liquide aqueux à éliminer d'une part et qu'on recycle le liquide non solvant d'autre part.

6. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle comporte une première zone de rinçage dans laquelle sont disposés des moyens de traitement des surfaces par un liquide non solvant inerte destiné à former une émulsion avec le liquide aqueux à éliminer présent sur lesdites surfaces.

7. Installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de vaporisation du liquide non solvant inerte dans une seconde zone de rinçage, et une zone de séchage située de préférence directement au-dessus de cette seconde zone de rinçage en phase vapeur.

8. Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de récupération de l'émulsion formée et des moyens de cassage et de séparation de ladite émulsion, ainsi qu'un circuit de recyclage du liquide non solvant inerte récupéré dans les première et seconde zones de rinçage.

9. Installation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que les moyens de traitement des pièces comprennent un dispositif générateur d'ultrasons ou d'autres vibrations.

10. Installation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que les moyens de traitement des pièces comprennent un dispositif de giclage ou d'aspersion sous pression.

11. Installation selon l'une des revendications 6 à 10, caractéri-. sée par le fait que les parois de la zone de séchage sont refroidies par un double manteau ou par un serpentin dans lequel circule un fluide réfrigérant.

12. Installation selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisée par le fait que les moyens de cassage de l'émulsion sont constitués par un démulsionneur à haute tension, et que les moyens de séparation sont constitués par un décanteur ou un vase florentin.

13. Installation selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée par le fait qu'un détecteur de turbidité est disposé sur le passage de l'émulsion entre la zone de rinçage et les moyens de cassage et de séparation de celle-ci.

14. Installation selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le circuit haute tension d'alimentation du démulsionneur comporte un détecteur de courant et/ou de tension.