La présente invention concerne la filtration et l'épuration de gaz, et plus particulièrement, les filtres a effets de rétention physique et chimique.

En matière de filtration gazeuse, les filtres à effet mécanique sont très largement répandus, les qualités du filtre se définissant essentiellement par les dimensions des pores réalisés par les parois et le substrat fil¬ trants. Les performances de ces filtres peuvent être amélio¬ rées en recourant aux techniques dites des filtres humides .avec les inconvénients afférents de conditionnement et de tenue dans le temps.

Pour la rétention non seulement mécanique mais également chimique de particules indésirables dans un cou¬ rant gazeux, on a également proposé des filtres composites utilisant des substances actives confinées qui, même dans le cas de filtres secs, causent des problèmes notables de rétention du produit actif qui ne sont en général résolus qu'en optimisant les parois de rétention, au prix toutefois de pertes de charge considérables et souvent rédhibitoires. Parmi ces produits actifs, on sait également que nombre de monomères présentent, à des titres divers, pour certaines classes de particules nuisibles, des caractéristi¬ ques d*affinité et de rétention chimiques qui peuvent pré¬ senter un intérêt dans les techniques du filtrage, avec tou-

tefois les inconvénients susmentionnés de contention et de rétention de ces matériaux actifs.

On sait également, dans un autre domaine _/ que des fibres,et plus particulièrement les fibres textiles, peuvent être gref ées avec certains monomères organiques pour leur conférer des propriétés nouvelles notamment en ce qui concerne l'affinité tinctoriale et l'attribution de caractéristiques hydrophiles ou d'ininflammabilitë.

La présente invention a pour objet de proposer une nouvelle classe de filtres secs à substrat filtrant fibreux présentant des qualités de rétention et de fixa¬ tion fortement améliorées et facilement modulables, sans présenter de risques d'entraînement notables tout en of¬ frant une durée de vie largement améliorée. La présente invention a pour autre objet de propo ser des filtres de cqnfiguration simple, de faible coût de fabrication, combinant de façon optimale et avec une grande versatilité, des qualités de rétention mécanique améliorées et de rétention chimique pour le filtrage et le traitement âe flux gazeux.

Pour ce faire, selon une caractéristique de la présente invention, un tel filtre sec pour filtrer un flux gazeux véhiculant des particules organiques à éliminer, comprenant un substrat filtrant de fibres organiques, natu- relies ou synthétiques, est caractérisé en ce que au moins une partie des fibres du substrat est greffée avec au moins un monomère organique capable de retenir physiquement et chimiquement certaines des particules à éliminer véhiculées par le flux gazeux. Conformément à la présente invention, le greffage sur des fibres d'un- substrat filtrant de monomères réactifs ayant une affinité pour certaines classes de particules solides ou liquides véhiculées dans un flux gazeux permet ainsi de combiner, de façon simple et particulièrement effi cace, les avantages propres aux agents greffés en tant qα*agents-. réactifs, et aux- caractères de filtration mécanique du tapis ou lit de fibres ainsi greffées, en permettant de

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répartir au mieux les agents chimiques au sein du substrat filtrant sans les risques usuels d'entraînement non seule- - ment des particules retenues mais également de l'agent ac¬ tif et/ou des particules fixées par ce dernier, tout en au- torisant un agencement de filtrage mécanique optimisé au prix de pertes de charges contrôlables à un faible niveau.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré¬ sente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre illustratif mais nulle- ment limitatif:

Différentes techniques de greffage ont été déve¬ loppées ces dernières années, notamment dans le but de modi¬ fier les caractéristiques physiques des éléments à greffer, notamment des tissus textiles, ces techniques de greffage pouvant se classer selon trois grands groupes :

- le greffage ionique par voie humide .utilisant des amorceurs tels que les ions cëriques., permanganates, ferriqùes, utilisés en milieu acide minéral. Dans le cas plus particulier des fibres, notamment de cellulose ou de ses dérivés, celles-ci sont imprégnées de solutions acides d'amorceur puis traitées par des monomères choisis dans des conditions spécifiques à chaque produit, en phase vapeur ou ^' azéotropique pour les dérivés acryliques ,ou en phase sol¬ vant. Le greffage de sels d'ammonium quaternaires s'effec- tue par contre sans amorceur en présence d'une solution de base forte, comme notamment décrit dans le brevet français n° 1.585.665. Dans tous les cas, le tissu est lavé, rincé après réaction puis séché. Pour le greffage en phase solvant, on favorise l'apparition de carbo-cations sur des produits comportant une double liaison en présence notamment de A1C1- ou Z Cl _p . Les carbo-cations se fixent sur les matières en suspension dans le solvant, par exemple la silice, le noir de carbone ou les oxydes d'aluminium.

- Le greffage à l'aide de rayonnement U.V. Ce rayonnement étant de faible énergie, il est nécessaire d'uti¬ liser des photo-initiateurs de réaction qui peuvent être des groupes carbonyle, la benzophënone ou les vapeurs de

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diacëtyle. Cette méthode présente l'avantage de permettre de modifier des fibres réputées inertes telles que le poly propylêne ou le polyester.

- Le greffage à l'aide de particules accélérées haute énergie ou de rayons gamma fournis par exemple par une source radio-active de cobalt 60. Sous l'action des particules à haute énergie, il se forme au sein de la fibr organique des radicaux libres par arrachage d'atomes d'hy¬ drogène, ces radicaux instables favorisant l'amorçage du. greffage des monomères choisis. Ainsi, si F-CH-F représen¬ te symboliquement la fibre et M le monomère de greffon _/ en fin de réaction on obtiendra une fibre greffée F-C-F. La ι

M réaction s'effectue soit en irradiant la fibre seule en pr sence ou non d'humidité, soit en irradiant la fibre impré¬ gnée de monomères.

Le greffage à l'aide de particules à haute éner¬ gie sera de préférence utilisé- pour la réalisation des fil tres selon la présente invention, comme on le verra ci-des sous, car, par un processus radicalaire,-il est possible de gref deux ou même plusieurs monomères différents sur une m&e fibre,quelie soit sa nature, chaque hαπopolymère greffé conservant ses pro¬ priétés spécifiques d'agent réactif. De cette manière,pour élargir le champ d'application du filtre, il est possible d'apporter plusieurs propriétés différentes à une même fi¬ bre. De plus, l'utilisation industrielle d'une telle réac¬ tion radicalaire fait appel à une dépense moindre d'énergi comparativement aux autres procédés, la réaction se faisan à température ambiante, donc sans la nécessité d'apport calorifique. La réaction peut s'effectuer en amont, sur le fibres brutes, mais également sur les fibres tissées ou ai guilletees; pour un tissu sec, les opérations préliminaire de trempage et foulardage sont ainsi supprimées.

Dans un premier mode de réalisation, on décrira un filtre selon la présente invention conçu pour la réten¬ tion des odeurs et des graisses dans les hottes ménagères. L3 préparation des fibres pour l'obtention d'un

support textile formant au moins une partie du substrat filtrant s'effectue par l'action d'un flux de particules accélérées. Comme précédemment évoqué, cette opération peut avoir lieu sur un voile de fibres ou sur le produit déjà préalablement aiguilleté. L'irradiation est instantanée, et n'est fonction que de la puissance de l'accélérateur de particules. Une puissance généralement admise pour ce type d'irradiation est comprise entre 20 et 50 , permettant une irradiation de 500 KeV à plus d'un 1 MeV, une puissance de 600 KeV étant généralement suffisante. L'augmentation du taux d'irradiation, et donc 1'augmentation du nombre de sites réactifs, peut être obtenue en faisant passer plu¬ sieurs fois le matériau fibreux sous le flux énergétique, par exemple en utilisant un système de passage dit en por- te-feuille.

Le substrat filtrant de départ, constit.ué d'un assemblage lâche de fibres organiques, naturelles ou syn¬ thétiques, sous forme péroxydêe ou non, est mis en contact pour greffages successifs avec les familles de monomères suivants :

(a) monomères chlorés ou sels d'ammonium, ou de préférence des phosphonates d'alkyle ayant en bout de chaî-

^' ne un groupement vinylique, notamment. Ces produits confè¬ rent aux fibres ainsi traitées un pouvoir ignifugeant, un taux de greffage des fibres de l'ordre de 20 % suffisant par exemple à rendre celles-ci auto-extinguibles.

(b) monomères d'acrylates d'alkyle comportant 4,5 ou 6 atomes de carbone, ou acrylonitrile, ou isoprène, ou copoly- mères butadiène-styrène, notamment. Ces composés présentent une affinité marquée aux graisses, l'absorption de ces der¬ nières se faisant, dans un premier temps, sous forme de so¬ lution graisse-polymère, puis, dans un second temps, en ef¬ fectuant une réaction chimique de pontage. Conformément à la présente invention, l'élément de substrat ainsi réalisé empêche les graisses retenues, plus exactement fixées, d'être ré-entraînées hors du filtre par la circulation d'air

chargé de vapeur d'eau, contrairement aux filtres actifs existants;

(c) acrylonitrile, ou mercaptans, ou pêxacides.-, o éthylacétoacétates,- éthylacétamidomalonates,et les dérivés aminés. Ces composés confèrent aux fibres de substrat fil¬ trant une réactivité vis-à-vis des aldéhydes ou des dérivés insaturës, ce qui permet en particulier de fixer chimique¬ ment l'acrolëine résultant de la décomposition des graisse On comprendra qu'un tel filtre selon la présente invention peut être également obtenu, en variante, en trai¬ tant plusieurs nappes de fibres séparément avec les compo¬ sés (a) à- (c) et en ne les réunissant, les tissant ou les aiguilletant qu'après copolymérisation.

Les filtres habituels, retiennent les graisses pa dépôt de celles-ci sur le substrat filtrant et ne peuvent e aucun cas retenir les produits plus volatils comme l'acrolé ne. De plus, comme précédemment évoqué, dans le cas de sim¬ ple dépôt, les graisses sont très rapidement rë-entraînées par l'air saturé de vapeur d'eau dans les conduites d'ëvacu tion où elles se redeposent et constituent ainsi un danger propagation d ^r incendie.

Au contraire, le filtre selon la présente inven¬ tion, non seulement retient les graisses et les produits volatils, mais également les fixe de façon efficace et dura ble.. Un substrat fibreux ayant un poids au mètre carré com¬ pris entre 150 et 500 grammes - typiquement 300 grammes par par mètre ^• carré - et ayant une perméabilité de l'air ^' sous 20 mm d'eau comprise entre 4000 et

15000 m 3/m2/heure - de - préférence 8 à 10000 m2/m3/

2 heure, permet de retenir, par m :

- plus de 100 grammes de graisses sous forme liée

- plus de 40 grammes d'hydrocarbures lourds dus à la combustion et à la décomposition des graisses; et - plus de 90 % de l'acroléine formée, dont 50 % au moins sous forme liée, pour une teneur en acroléine dans

3 l'air à filtrer inférieure à 0,05 mg/m ;

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ce qui correspond en moyenne aux effluents émis dans une cuisine ménagère pendant 2 à 3 mois pour une famille de 3 personnes.

Dans un second mode de réalisation, on décrira un support textile utilisé pour filtrer et débarrasser l'air d'éléments indésirables avant de l'introduire dans un local ou un atelier. - _. _

Ce mode de réalisation s'applique aussi bien à l'aspiration et/ou l'introduction dans l'enceinte d'une usi- 0 ne, d'air débarrassé des odeurs, des poussières et des pro¬ duits organiques, qu'à une épuration de l'air aux postes de travail, notamment dans les industries des peintures et ver- . nis.

Conformément à la présente invention, il est pos- 5 sible de choisir judicieusement les monomères de greffage pour conférer au substrat filtrant une affinité particulière vis-à-vis de produits spécifiques à éliminer, par exemple des dérivés insaturês, les aldéhydes (comme; précédemment évoqué) ou les esters responsables des odeurs en greffant au moins o ^u ne partie des fibres du substrat filtrant avec des composés tels que les përacides, les mercaptans ou l'acrylonitrile, comme dans l'exemple 1. Par ailleurs, le greffage, sur au moins une partie des fibres du substrat filtrant, de dérivés aminés permet en outre de retenir chimiquement les vapeurs 5 acides faibles sous forme de sels jusqu'à 50 % en poids du filtre pour un taux de greffage de 20 % des fibres greffées contenus dans le substrat filtrant. Le greffage avec des dé¬ rivés sulfonés ou non de polyacides acryliques permet de re¬ tenir d'autre part des vapeurs basiques jusqu'à 100 % en 0 poids de fibres greffées au filtre. On peut en outre intro¬ duire dans le substrat filtrant des fibres organiques, natu¬ relles ou synthétiques, greffées de butadiène-styrène, typi¬ quement avec un taux de greffage de 20 %, ce qui ainsi per¬ met au filtre de retenir jusqu'à 200 % de son propre poids en 5 fibres greffées, de benzène, toluène, hexane ou acétone.

Dans un troisième mode de réalisation, on décrira un filtre selon la présente invention pour l'assainissement OMPI

de l'air pollué par la fumée de tabac et convenant tout particulièrement pour les locaux publics, les transports e commun, les avions ou encore les salles de conférence e-t les salles d'attente. Les dispositi s de filtrage actuels sont basés sur le principe de la rétention des particules solides et des goudrons au moyen d'un filtre mécanique généralement associé à un électrofiltre. Ces dispositifs, comme mention nés dans la partie introductive de la présente demande, ne permettent pas une rétention efficace des particules visi¬ bles, du fait que celles-ci se trouvent simplement déposée sur les substrats filtrants, de sorte que des composés com me l'acide cyanhydrique, le monoxyde de carbone, les gou¬ drons, la nicotine ou encore l'acroléine, ne sont pas rete nus, seul l'effet de dilution des polluants dans le local permettant d'atteindre un assainissement tout à> fait limit Conformément à la présente invention, un substra filtrant est préparé en irradiant des fibres organiques sou un flux de particules accélérées, avec une puissance de 30 kW environ, de façon que les particules aient une éner¬ gie de 600 KeV, pour un temps d'irradiation variant de 0,1 à quelques secondes selon le pourcentage.de radicaux libre désirables, un temps d'irradiation d'une seconde étant suf fisant pour obtenir le taux de greffage souhaité de l'ordr de 20 %. Avec ce processus d'irradiation, une partie des fibres ainsi irradiées, destinées à constituer le substrat filtrant., est ensuite mise en contact avec des sels minéra d'époxypropylammonium ou d'époxypropyltriméthylammonium où 1, 2 ou même 3 atomes d'hydrogène peuvent être remplacés par des radicaux méthyle, éthyle ou propyle. Des molécules insaturëes aminées peuvent également être utilisées à la place des groupes ammonium comme décrit dans l'exemple l.L molécules n'ayant pas réagi sont éliminées par lavage au solvan

ou par un mélange eau-solvant en présence d'une base forte (par exemple soude à une concentration normale de 0,1 à 3N) .

- Une seconde partie des fibres organiques irra- diëes est mise en contact avec des vapeurs ou des solu¬ tions solvant d'acide acrylique en présence d'acide oxali¬ que. L'excès d'homopolymère formé est éliminé par lavage au moyen d'un mélange eau-solvant organique (alcool, benzène ou hexane) . Une troisième partie des fibres irradiées est enfin greffée de la même manière en présence d'acrylonitri- le ou de dérivés insaturés porteurs d'un groupement SE ayant un hydrogêne labile, ccσroe décrit dans le premier exemple. Le substrat filtrant est ensuite obtenu en opé- rant un mélange intime de ces trois catégories de fibres greffées par un moyen communément utilisé, par exemple par cardage, avant de réaliser 1 'aiguilletage ou le tissage de ces fibres pour constituer un substrat filtrant sensible¬ ment homogène. ^L e substrat filtrant ainsi obtenu permet de rete¬ nir de façon durable :

- la nicotine;

- 100 % de l'acide cyanhydrique;

- plus de 90 % de l'acroléine, pour une teneur en

3 acroléine inférieure à 0,05 mg/m dans l'air à filtrer; et

- plus de 50 % du onoxyde de carbone, l'air re¬ jeté après filtration ayant une teneur en CO inférieure à 10 ppm.

Ces valeurs sont valables pour le traitement de la fumée de 5000 cigarettes environ pour un substrat fil¬ trant en feutre de 600 grammes ayant une surface unitaire

2 de 1 m . Un tel substrat filtrant peut par exemple, être utilisé comme cartouche filtrante dans un appareil qui peut être constitué d'une partie cylindrique d'un diamètre de 30 cm environ pour une hauteur d'environ 30 cm, ce cylin¬ dre étant muni, à ses parties inférieure et supérieure d'ou¬ vertures favorisant le passage d'air. Le passage d'air f

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/,, WIPO .

ce à travers le substrat se fait de préférence au moyen d'un petit ventilateur électrique de faible puissance, de l'ordre de 50 à 100 Watts.

Dans un quatrième mode de réalisation, on décri- ra un substrat filtrant plus particulièrement destiné à des utilisations dans les hôpitaux et les collectivités.

Il est bien connu qu'une des causes non négligea ble de propagation d'épidémies est la transmission de ger mes par le sol, mais surtout par l'air. Un moyen d'atténue ces risques consiste, au stade de l'admission d'air dans d locaux, de le traiter à l'aide de composés tels que par exemple des sels organiques de cuivre, d'argent ou de méta lourds, certains peroxydes tels que le peroxyde de benzoyl des acides à forte adhérence vis-à-vis des matières protin ques telles que les polyacides acryliques, ainsi que les se.ls d' ydroxypropylammonium-. On notera ici, que «les virus eux, ne peuvent ^' être efficacement affectés, que par le chlore ou 1'iode.

Pour la préparation du substrat filtrant selon l présente invention, des fibres organiques, par exemple sou forme de voile, sont tout d'abord irradiées comme dans l'exemple précédent, en présence d'air et d'humidité, ce ^* qui provoque la formation de peroxydes stables à températu re ambiante.La masse de fibres irradiées est ensuite sépa- rée en deux parties pour des greffages distincts :

Une première partie est traitée par du chlorure d'époxypropylammonium ou de l'iodure d'époxypropyltrimé- thylammonium à une température supérieure à 50°C, l'homopo lymère formé n'étant pas extrait- La deuxième partie est traitée par un mélange d ' acrylonitrile et d ' acrylate d ' argent ou d' acides acryli¬ ques et d ' acrylates d ' argent à une température par e ^' xemple su périeure à 50°C, l'h ropoly ère formé étant extrait à l'eau.

Les deux parties greffées avec des monomères dif férents sont intimement mélangées et aiguilletees pour for mer une masse filtrante homogène . Il va de soi qu 'un tel substrat filtrant peut être obtenu par la juxtaposition de

lits de fibres préalablement irradiées après aiguilletage, soumis , l'un à la première réaction, l'autre à la se¬ conde.

Le substrat filtrant ainsi obtenu réalise bien évidemment, selon l'aménagement interne de ce substrat,' le dépoussiérage mécanique de l'air, mais procure en outre une action sanitisatrice marquée en ce sens qu'il limite la pro¬ lifération des germes, les inhibe et les détruit. Comme pour les autres filtres selon la présente invention,1e greffage fixant les monomères sur les fibres constitutives du substrat filtrant par une véritable liaison chimique em¬ pêche que ces monomères et leurs mélanges avec différents germes ne soient rê-entraînés par l'air à épurer, contraire¬ ment à ce qui risquerait de se passer si des agents actifs similaires étaient simplement déposés sur une masse filtran¬ te. .

Les composés tels que les sels d'ammonium quater¬ naires ont des effets bactériostatiques très significatifs, leur mode d'action étant fondé sur la dépolymérisation des protéines, ce qui concourt ainsi à la destruction des parois des cellules bactériennes. De même, les aldéhydes réagissent fortement sur les groupes aminés de la paroi cellulaire des bactéries. Les pseudomonas, les microbactéries, et les spores sont , quant à eux fortement affectés par les aldéhydes, les phénols, les sels d'ammonium quaternaires et les sels de métaux lourds.

L'utilisation d'un tel filtre n'a pas pour but affiché de stériliser totalement l'air ambiant, quels que soient les germes présents, mais vise à réaliser une sani- tisation efficace de cet air avant son introduction dans les locaux ou avant rejet dans l'atmosphère.

On notera, à titre incident, que le substrat fil¬ trant ainsi obtenu peut être utilisé avec profit pour le nettoyage des sols, en évitant ainsi que la présence de poussières absorbées par les masses humides de nettoyage favorisent la profilération de germes in situ.

La présente invention n'est pas limitée aux exe -

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pies décrits ci-dessus dans leur application préférentielle et sont susceptibles de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. Ainsi, dans le domaine, dai. dëpoussiéragë mécanique en général, une attention toute particulière doit être portée sur les média filtrants selon la présente invention, dont les composés greffés peuvent ré- ticuler et réaliser ainsi une matière filtrante tridimen¬ sionnelle stable, notamment pour les substrats filtrants réalisés en non tissés. Les procédés actuels font appel à 0 des résines en latex ou en solution dans des solvants, qui nécessitent d'importantes dépenses d'énergie pour évacuer les solvants et effectuer la polymérisation. Au contraire, dans les substrats selon la présente invention, le greffage par irradiation se fait à sec et, selon le monomère choisi, 5 il n'y a pas lieu généralement d'éliminer 1'homopolymère for¬ mé comme évoqué notamment en relation avec la première par¬ tie de fibres traitée dans le mode de réalisation décrit en dernier ci-dessus.

Par ailleurs, au niveau filtration purement écani o que, il est possible de greffer- sur les fibres des molécules permettant de diminuer les interstices existant dans le ré¬ seau constitué par le substrat filtrant, par exemple en do¬ sant les pourcentages d'homopolymères formés, ces taux étant ajustables de 1 à 200 %. en poids par rapport aux fibres à 5 traiter. On peut ainsi accéder à une nouvelle dimension en filtration sèche procurant, outre les caractéristiques de fixation chimique déjà évoquées, des caractéristiques de fil tration purement mécanique très largement améliorées. Ainsi, un filtre fibreux non traité,, retenant de 98 à 99 % de pous- 0 sières de silice normalisée comprenant 2 % de poussières in¬ férieures à 1 micron, peut retenir, après greffage, jusqu'à plus de 99, 95 % de ces poussières.

Un autre aspect important, tenant à la filtration purement mécanique, permis par le greffage des fibres, con- 5 siste en le traitement anti-colmatage des substrats fil¬ trants. On sait que, pour faciliter le battage mécanique débarrassant un substrat filtrant des particules y adhérant

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et éviter ainsi le colmatage, on peut utiliser notamment des silicones appliqués sur le substrat filtrant. L'expé¬ rience a toutefois montré que, du fait du simple dépôt de ces silicones, sur les matériaux du substrat filtrant, l'élimination des particules adhérant au filtre entraîne, à la longue, également l'élimination du revêtement de silico¬ nes, aboutissant ainsi à un colmatage très rapide du filtre. Conformément à la présente invention, le substrat filtrant peut être rendu anti-adhérant de façon permanente en gref- fant au moins les fibres constituant la couche superficiel¬ le du substrat filtrant avec des monomères de dérivés per- fluorês, par exemple le 2.2.2-trifluorométhylméthacrylate d'ammonium en milieu diméthylforma ide ou le monochlorotri- fluoroéthylène en présence de peroxydes ou de silanes halo- gênés tels que le dimêthyldichlorosilane. De par le mode de fixation par greffage, ce traitement résistera- l'usure, ce qui n'est pas le cas avec des produits simplement déposés comme préalablement évoqué. Un greffage de l'ordre de 10 % est en outre suffisant pour rendre de façon permanente, hy- drophobes et anti-adhêran es les fibres usuelles.