FR3027926A1

FR3027926A1 - Procede de realisation d'un complexe non-tisse/particules actives et complexe obtenu par ce procede

Info

Publication number: FR3027926A1
Application number: FR1460392A
Authority: FR
Inventors: Patrice Degortes; Didier Rejasse; Emmanuelle Delfour; Agata Sapetto
Original assignee: NTP
Current assignee: NTP
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-06
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: FR3027926B1

Abstract

L'objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un complexe comportant des particules actives sous forme pulvérulente ou de granulés à l'intérieur d'un substrat non-tissé constitué de fibres d'origine végétale, qui comprend au minimum une étape de réalisation d'une couche active comportant des fibres et des particules actives, et une étape de consolidation du complexe par aiguilletage et/ou thermoliage.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN COMPLEXE NON-TISSE/PARTICULES ACTIVES ET COMPLEXE OBTENU PAR CE PROCEDE Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un complexe non-tissé/particules actives et un complexe obtenu par ce procédé. Elle s'applique à la fabrication de dispositifs comportant des particules actives retenues dans un substrat poreux. Elle concerne par exemple des dispositifs à filtres tels que des dispositifs filtrants à particules adaptées à absorber ou adsorber des composés chimiques ou des particules pour capter des polluants en suspension dans un fluide gazeux ou liquide. Elle s'applique par exemple à la réalisation de dispositifs destinés à la 10 captation de métaux en suspension dans l'eau. Arrière plan technologique Il est connu d'incorporer des particules actives dans des tissus par exemple dans le cadre de la réalisation de vêtements comportant des microcapsules déodorantes. 15 L'incorporation des particules actives se fait par imprégnation des tissus. Le document US5582865 décrit pour sa part un filtre non tissé composite comportant une large surface imprégnée avec un produit adsorbant comprenant une application à sec du produit adsorbant un chauffage et un calandrage du matériau non tissé avec ou sans feuille de couverture. 20 Le document CN201227567 propose par ailleurs de disposer des particules de charbons actifs entre deux couches de non tissé pour réaliser des filtres tels que des filtres à air, des filtres à huile et des filtres de climatisation de véhicules.

Par ailleurs des matériaux permettant la captation des métaux en suspension dans l'eau sont connus et notamment le document CN103464119 concerne la préparation et l'application d'un matériau adsorbant de métaux à base d'écorce de palmier, le document KR20010002337 concerne un procédé de réalisation d'un adsorbant de métaux lourds à base d'écorce carbonisée; le document JP 60172348 décrit la fabrication d'un substrat adsorbant à base d'écorce et le document FR2954185A1 prévoit la réalisation et l'utilisation d'un substrat en matériau lignocellulosique et en particulier des écorces broyés en granules destiné à absorber ou adsorber des polluants.

Ces produits sont utilisés dans des colonnes ou sachets filtrants. Enfin le document W02014144680 Al décrit la réalisation de granules ou pastilles d'adsorption de métaux lourds à partir de tourbe séchée ayant subi une activation thermique Un problème technique, pour utiliser de telles particules actives en granulés 15 ou sous forme pulvérulente est leur incorporation en grande quantité dans un dispositif filtrant tout en en assurant de manière simple et pratique la manipulation du dispositif et l'adaptation au support du filtre. En outre, pour les dispositifs filtrants, il faut assurer une tenue du filtre dans le temps. 20 Par ailleurs il est nécessaire de pouvoir incorporer les particules dans le substrat et en particulier un substrat non-tissé sans dénaturer les propriétés des particules par un traitement chimique par exemple. Dans le cas des filtres, un autre problème technique est de séparer les polluants du filtre une fois le filtre chargé de ces polluants. 25 Pour réaliser un filtre de type filtre plan souple et pouvant être commercialisé sous forme de rouleaux ou de plaques découpées, une contrainte est d'intégrer le matériau actif adsorbant ou absorbant en grande quantité dans le filtre. Une deuxième contrainte est d'éviter que les granulés ou la matière pulvérulente ne s'échappent du filtre. Une troisième contrainte est que le substrat 30 support du filtre puisse être incinéré au moins aussi aisément que le matériau actif. La présente invention a pour objet en particulier de réaliser des produits contenant des particules actives sous forme pulvérulente ou de granulés retenues dans un substrat souple non-tissé réalisé majoritairement au moyen de fibres d'origine végétale adapté à la réalisation de filtres, notamment des filtres en plaques ou des filtres plans pouvant être commercialisés en rouleaux à découper, adaptés à la dépollution d'un fluide gazeux ou liquide à partir de granulés ou poudres de matériaux sorbant c'est à dire absorbant ou adsorbant tels que des granulés d'écorce traités. Brève description de l'invention Pour ce faire la présente invention a pour premier objet un procédé de réalisation d'un dispositif filtrant comportant un substrat support en non-tissé de 10 fibres dans lequel sont incorporées des particules actives de matériau sorbant sous forme pulvérulente ou en granulés. Plus particulièrement l'invention propose un procédé de fabrication d'un complexe, par exemple un complexe filtrant ou adsorbant, comportant des particules actives sous forme pulvérulente ou de granulés à l'intérieur d'un 15 substrat non-tissé constitué de fibres d'origine végétale, qui comprend au minimum une étape de réalisation d'une couche active comportant des fibres et des particules actives, et une étape de consolidation du complexe par aiguilletage et/ou thermoliage. L'usage de fibres végétales ou d'origine végétale a notamment pour 20 avantage de permettre au complexe d'être biodégradable et de pouvoir être incinéré sans dégagement de substances toxiques. Selon un premier mode de réalisation, la réalisation de la couche active comprend: - la réalisation d'une première couche de non-tissé consolidé, un 25 saupoudrage des particules actives sur ledit non-tissé; - la dépose d'une seconde couche de fibres d'origine végétale sur la face de la première couche sur laquelle ont été déposées les particules puis la consolidation du complexe. Selon une première variante, la seconde couche est une nappe réalisée par 30 empilage de voiles successifs de fibres. Selon une seconde variante, la seconde couche est un non-tissé consolidé. Selon un deuxième mode de réalisation, la réalisation de la couche active comporte: - La réalisation d'un voile non-tissé; - Le saupoudrage des particules actives sous forme pulvérulente ou granulaire sur tout ou partie du voile pour réaliser un voile composite; - La formation d'une nappe non tissée par empilage de couches de voiles 5 composites successives; La consolidation du complexe peut notamment être effectuée par aiguilletage. Un passage au four du complexe est éventuellement réalisé après aiguilletage. 10 Selon un mode de réalisation particulier, le voile non tissé est réalisé à partir d'un mélange de fibres végétales et de fibres thermoliantes, la consolidation du complexe étant réalisée par thermoliage. La fibre thermoliante est avantageusement un PLA à bas point de fusion. La réalisation du voile est avantageusement faite par cardage. 15 Selon un troisième mode de réalisation, la couche active comprend un nappage pneumatique (procédé appelé airlay selon la terminologie anglo-saxonne) direct d'un mélange intime de fibres et de particules actives sous forme pulvérulente ou granulaire pour réaliser une nappe complexe. L'étape de consolidation comprend préférablement un aiguilletage de ladite 20 nappe complexe. Selon une variante, le mélange intime comprend en outre des fibres thermo-liantes et l'étape de consolidation est une étape de thermoliage. La couche active est éventuellement couverte d'une couche de non-tissé consolidé sur l'une ou deux de ses faces avant consolidation de l'ensemble. 25 L'invention concerne en outre un complexe non-tissé et particules actives obtenu par le procédé de l'invention pour lequel les particules actives sont réparties sur ou dans la couche active du complexe. Le non-tissé est avantageusement réalisé à partir de fibres de lin hors fibres thermo-liantes. 30 La proportion de particules pulvérulentes ou granulaire par rapport aux fibres à l'intérieur du complexe est avantageusement supérieure à 30% en masse. Les particules sont avantageusement des granules d'une granulométrie inférieure à 4 mm.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent: - aux figures 1 à 6 des schémas de principe de variantes de procédés de l'invention; En figure 7: deux variantes d'étapes de réalisation d'un non tissé de couverture pour les procédés des figures 5 et 6; Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La présente invention utilise un substrat non-tissé réalisé majoritairement au moyen de fibres d'origine végétale dans lequel sont dispersées des particules actives de matériau, notamment de matériaux sorbant c'est à dire des particules de type absorbant ou adsorbant. Les particules actives sont de préférence sous forme de poudre ou de granulés de diamètre inférieur à 4 mm. Le non-tissé utilisé dans le cadre de l'invention est un non-tissé de fibres d'origine végétale pour répondre à des critères environnementaux et être aisément incinéré sans dégagement de substances toxiques. Dans le cadre de l'invention, une première réalisation d'un complexe non- tissé/particules actives selon la figure 1 comporte une réalisation par voie sèche et un procédé de cardage 100 d'un voile de fibres 110. Une seconde étape 120 réalise un saupoudrage des particules actives sur le voile. Pour éviter de perdre des particules, le saupoudrage peut être fait en laissant des bordures du voile dépourvues de particules. Cette seconde étape est suivie d'un- empilage 130 de couches de voile. L'empilage peut notamment être fait en repliant le voile sur lui même en zigzag.

Une fois l'empilage terminé la couche active 140 comportant des fibres et des particules est terminée. Il est alors possible pour un complexe ne nécessitant pas de protection de réaliser directement une consolidation par aiguilletage 150, Dans le cas d'un complexe devant être protégé d'agressions extérieures mécaniques notamment, une dépose de couches externes 145 peut être intercalée entre la réalisation de la couche active et la consolidation par aiguilletage.

Enfin dans le cas de particules actives tirant bénéfice d'un chauffage pour améliorer leur rendement, un passage au four 160 peut être réalisé. Au final, le complexe terminé la est utilisable pour la filtration. La figure 2 présente une variante pour laquelle l'étape de cardage 200 se fait à partir d'un mélange de fibres et de fibres liantes basse température de fusion. Les fibres liantes peuvent être celles connues selon la terminologie anglo-saxonne PLA Low Melt, fibres reconstituées fabriquées à partir d'acide polylactique (PLA) thermofusibles à basse température (aux environs de 130°).Cette substance est issue de ressources naturelles renouvelables comme entre autre l'amidon de maïs. C'est toutefois une fibre chère, artificiellement reconstituée par traitement chimique à partir d'éléments naturels. Le voile est dans ce cas un voile 210 comportant des fibres et des fibres liantes. Ensuite on procède à un saupoudrage 220 de la substance active pulvérulente ou en granules sur le voile, en respectant une distance de précaution par rapport aux bords du voile pour constituer une couche extérieure du complexe dépourvue de particules actives de sorte à éviter que les dites particules s'échappent de la nappe constituée puis on forme la couche active 240 par empilage 230 de couches de voiles successifs de la même manière que pour le procédé de la figure 1.

Une étape de passage au four est ensuite réalisée pour que la partie fusible des fibres liantes en fondant assure la cohésion de l'ensemble selon une étape de consolidation par thermoliage 250. De la même manière que dans l'exemple de la figure 1, il est possible de protéger la couche active 240 par des couches externes selon l'étape 245.

Dans ce cas on choisit préférablement des couches externes comportant des fibres et des fibres liantes de sorte que lors de la consolidation ultérieure 250' les couches externes se lient avec la couche active pour réaliser le complexe terminé 1 b.

Une variante de ce procédé se terminant par un thermoliage est décrite en figure 4. Dans cette variante, on utilise un dépôt d'une nappe par voie aérodynamique ou pneumatique (en anglais "airlay") utilisant un flux d'air. Le procédé comporte une étape 400 de nappage pneumatique d'un mélange intime de fibres, de fibres liantes et de particules actives pour réaliser une nappe 410 de l'épaisseur souhaitée pour le complexe sans empilage de couches successives. Soit la nappe est directement consolidée par thermoliage à l'étape 420 soit on va aussi déposer des couches externes de protection à l'étape 415 10 préalablement à l'étape de consolidation du complexe par thermoliage 420' donnant une cohésion au complexe 1d. Le procédé de thermoliage nécessite toutefois l'utilisation d'une quantité importante de liant thermiquement fusible. il est possible pour éviter le thermoliage d'utiliser le procédé de nappage 15 pneumatique avec un mélange intime fibre/particules actives sans fibres liantes. Ce procédé est décrit à la figure 3. Une nappe 310 comportant un mélange fibres particules est obtenue après une étape de nappage pneumatique (airlay) 300. Il est ensuite possible soit de procéder à une consolidation directe de la 20 nappe par une étape d'aiguilletage 320 soit comme dans les autres cas de déposer des couches externes 315 avant de consolider le complexe à l'étape 320'. Cette étape est en outre utile pour éviter une dispersion de particules. Comme pour les procédés utilisant un aiguilletage au lieu d'un thermoliage, une étape de passage au four 330 pour activer certains types de particules peut 25 être prévue. Un autre moyen de réaliser le complexe est d'utiliser un procédé qui comporte la réalisation d'une première nappe de non-tissé consolidée sur laquelle on vient saupoudrer la substance active qui sera ensuite recouverte soit d'un autre aiguilleté, soit de voiles de fibres, l'ensemble étant aiguilleté en sortie. 30 Deux procédés sont possibles et décrits aux figure 5 et 6. Dans le cas de la figure 5, le non tissé consolidé est réalisé à partir d'un procédé de cardage 510 réalisant un voile de fibres 520 puis comporte un empilage 530 de couches de voile et une consolidation 540 par aiguilletage par exemple en sorte de réaliser un premier non tissé consolidé 550. Ensuite il est procédé à un saupoudrage 560 de particules actives sur ce premier non-tissé pour réaliser la couche active 570.

Un second non tissé par exemple réalisé de la même manière que le premier est déposé sur la couche du premier non-tissé recouverte des particules actives, étape 580, et une consolidation 590 par aiguilletage est réalisée. Le complexe terminé le peut dans ce cas aussi être passé au four 595 pour activer les particules.

Dans le cas de la figure 6, la méthode de réalisation du premier non tissé est une méthode airlay 610 produisant directement une nappe de fibres 620 de l'épaisseur voulue qui est consolidée à l'étape 630 pour réaliser un non tissé consolidé 640, les étapes ultérieures étant les mêmes qu'à la figure 5. Ces solutions pour lesquelles la consolidation se fait par aiguilletage 15 permettent de n'utiliser que des fibres végétales de coût nettement inférieur à celui du PLA à bas point de fusion (PLA low melt ou PLA LM selon l'abréviation anglo-saxonne). Une variante en figure 7 part de la réalisation de la couche active 580 selon les figures 5 et 6 mais prévoit deux variantes de réalisation d'une nappe qui sera 20 déposée sur la couche active 570 à l'étape 585. La première variante prévoit la réalisation d'une nappe 584a par cardage 581a pour réaliser un voile 582a puis l'empilage de couches de ce voile 583a. La seconde variante prévoit la réalisation de la nappe 584b par airlay 581b. Les étapes suivantes 590 consolidation du complexe par aiguilletage avec 25 éventuellement passage au four 595 sont identiques aux figures 5 et 6. Ces deux solutions évite l'usage d'un non tissé consolidé avant l'aiguilletage 590. Il est à noter que pour ce qui est du procédé qui consiste à enfermer les particules P entre 2 couches de non-tissé NT, deux variantes pour la fabrication 30 dudit non tissé sont présentes en figures 5 et 6, dans l'option de la figure 5 le non tissé étant obtenu par cadrage/aiguilletage, dans l'option de la figure 6 par airlay/aiguilletage.

Ces variantes sont utilisables pour toutes les couches externes de non tissé spécifiées dans les procédés des figures 1 à 4. Par ailleurs il est également possible même si c'est économiquement moins intéressant de fabriquer les couches de non tissé externes par thermoliage.

De ce fait, pour toutes les options, les couches externes mentionnées peuvent être fabriquées par cardage ou airlay pour la création de la nappe et par aiguilletage ou thermoliage pour sa consolidation, suivant que le mélange de fibres contient ou non des fibres thermoliantes ou thermofusibles. En résumé, nous avons 4 options de complexe formé de fibres entièrement végétales FV, et 2 options de complexe formé de fibres végétales FV+ fibres thernioliantes FT. Le tableau ci-dessous regroupe ces différentes options selon que l'on utilise des fibres végétales FV et des particules P ou que l'on utilise des fibres végétales FV, des fibres thermofusibles FT et des particules P, les éléments optionnels étant entre parenthèses.

Fibres végétales + particules Fibres végétales + fibres thermofusibles Non tissé consolidé Non tissé (Non tissé (Non tissé (Non tissé (Non tissé consolidé consolidé) consolidé) consolidé) consolidé) Saupoudrage Saupoudrage Voile Nappe airlay Voile FV+FT Nappe airlay P P FV+P FV+FT+P Voile Saupoudrage Saupoudrage P P Non tissé consolidé Nappe Empilage (Non tissé (Non tissé (Non tissé nappe consolidé) consolidé) consolidé) (Non tissé consolidé) Aiguilletage Aiguilletage Aiguilletage Aiguilletage Thermoliage Th manage - (four) (four) (four) (four) Comme vu précédemment, les réalisations sans thermoliage peuvent être complétés par un passage au four du complexe réalisé sur la ligne d'aiguilletage dans le cas où le passage au four permet d'accroitre les capacités de capture de 20 polluants ou de métaux du complexe. En résumé, l'invention prévoit plusieurs variantes de fabrication d'un complexe combinant un substrat non-tissé dans lequel sont dispersées des particules actives.

Il est à noter que dans le cas du saupoudrage des particules actives sur un non tissé consolidé, par exemple dans le cas des figures 1 et 5, la consolidation par aiguilletage permet aux particules de s'enfoncer dans la couche active et de correctement se répartir.

Par ailleurs la réalisation des non tissés consolidés peut dans tous les cas se faire par cardage ou procédé airlay. Le non-tissé est constitué de fibres végétales et en particulier de fibres de lin qui présentent une bonne compatibilité avec les particules actives. Les particules actives sont par exemple des particules d'une substance 10 dépolluante, ou des particules destinées à capter des métaux. On va pour ces procédés rechercher à avoir une proportion de la substance active pulvérulente ou granulaire à l'intérieur du complexe par rapport aux fibres supérieure à 30% en masse voir rechercher à ce que la matière active soit majoritaire dans le complexe.

15 La substance active pulvérulente ou en granules est notamment constituée de particules de granulométrie inférieure à 4 mm. Dans le cas de particules telles que des particules d'écorce destinées à capter des métaux lourds, les fibres de lin qui améliorent les capacités de captation des particules actives adsorbant les polluants ou métaux lourds seront 20 préférées. Pour les passages au four, les températures et temps de passage dans le four sont conditionnés par le type de fibres utilisée et la longueur du four. Par exemple une vitesse de 1 à 5 m/mn et une température entre 150 et 180°C pour un four dont la partie chauffante fait une dizaine de mètres donne des résultats 25 satisfaisants. Un essai avec thermoliage et des particules actives à base d'écorce de sorption de métaux lourds selon une granulométrie < 1 mm et répartis sur une la nappe préconstituée à l'aide d'un tamis qui a permis une répartition régulière du produit et comportant en masse 50% de particules, 25% de Lin, 25% de PLA LM 30 a montré un accroissement du pouvoir filtrant du complexe résultant par rapport à des particules actives seules.

Claims

REVENDICATIONS1 - Procédé de fabrication d'un complexe comportant des particules actives sous forme pulvérulente ou de granulés à l'intérieur d'un substrat non-tissé constitué de fibres d'origine végétale, caractérisé en ce qu'il comprend au minimum une étape de réalisation d'une couche active comportant des fibres et des particules actives, et une étape de consolidation du complexe par aiguilletage et/ou thermoliage.
2 - Procédé selon la revendication 1 pour lequel la réalisation de la couche active comprend: - la réalisation d'une première couche de non-tissé consolidé, un saupoudrage des particules actives sur ledit non-tissé; - la dépose d'une seconde couche de fibres d'origine végétale sur la face de la première couche sur laquelle ont été déposées les particules puis la consolidation du complexe.
3- Procédé selon la revendication 2 pour lequel la seconde couche est une nappe réalisée par empilage de voiles successifs de fibres.
4 - Procédé selon la revendication 2 pour lequel la seconde couche est un non-tissé consolidé.
5 - Procédé selon la revendication 1 pour lequel la réalisation de la couche active comporte: - La réalisation d'un voile non-tissé; - Le saupoudrage des particules actives sous forme pulvérulente ou granulaire sur tout ou partie du voile pour réaliser un voile composite; - La formation d'une nappe non-tissée par empilage de couches de voiles 25 composites successives;
6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel la consolidation du complexe est effectuée par aiguilletage.
7 - Procédé selon la revendication 5 comportant un passage au four du complexe après aiguilletage.
8 - Procédé selon la revendication 5 pour lequel le voile non tissé est réalisé à partir d'un mélange de fibres végétales et de fibres thermoliantes, la consolidation du complexe étant réalisée par thermoliage.
9 - Procédé de fabrication selon la revendication 8 pour lequel la fibre thermo liante est un PLA à bas point de fusion.
10- Procédé selon la revendication 5, ou 8 pour lequel la réalisation du voile est faite par cardage.
11 - Procédé selon la revendication 1 pour lequel la réalisation de la couche active comprend un nappage pneumatique (airlay) direct d'un mélange intime de fibres et de particules actives sous forme pulvérulente ou granulaire pour réaliser une nappe complexe.
12 - Procédé selon la revendication 11 pour lequel l'étape de consolidation comprend un aiguilletage de ladite nappe complexe.
13 Procédé selon la revendication 11 pour lequel le mélange intime 15 comprend en outre des fibres thermo-liantes et pour lequel l'étape de consolidation est une étape de thermoliage.
14- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel la couche active est couverte d'une couche de non-tissé consolidé sur l'une ou deux de ses faces avant consolidation de l'ensemble. 20 15- Complexe non-tissé et particules actives obtenu par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 pour lequel les particules actives sont réparties sur ou dans la couche active du complexe. 16- Complexe selon la revendication 15 pour lequel le non-tissé est réalisé à partir de fibres de lin hors fibres thermo-liantes. 25 17 - Complexe selon la revendication 15 ou 16 pour lequel la proportion de particules pulvérulentes ou granulaire par rapport aux fibres à l'intérieur du complexe est supérieure à 30% en masse. 18- Complexe selon l'une quelconque des revendications 15 à 17 pour lequel pour lequel les particules sont des granules d'une granulométrie inférieure à 30 4 mm.