Titre : Procédé de fabrication d’un ensemble de fibres comprenant un polymère fluoré à base de VDF

Domaine technique

L'invention concerne le domaine des procédés de fabrication d’un voile de fibres comprenant des fibres d’un polymère à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF), notamment d’un voile de fibres de PVDF, par électrofilage d’une solution ou d’une dispersion homogène.

L'invention concerne également le domaine des voiles de fibres susceptibles d’être obtenus par ces procédés.

L’invention concerne enfin des formulations de solutions ou de dispersions homogènes d’un polymère à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF), notamment d’un PVDF, ces dernières étant particulièrement adaptées à une utilisation dans un procédé d’électrofilage.

Art antérieur

L’électrofilage, également connu sous sa traduction anglaise : electrospinning, ou encore filature par voie électrostatique, est un procédé électrohydrodynamique bien connu, permettant de fabriquer des fibres de polymères de petites tailles, notamment des fibres de diamètre allant de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres. Lorsqu'une tension électrique suffisamment haute est appliquée à une gouttelette de polymère dans un solvant, la gouttelette se charge ; la force de répulsion électrostatique s'oppose alors à la tension de surface forçant la gouttelette à s'étirer, jusqu’à former un cône, appelé « cône de Taylor. Un jet chargé électriquement est éjecté du sommet du cône de Taylor puis accéléré par le champ électrique. Le jet s’étend dans la direction du champ électrique et s’amincit lors de son déplacement vers une électrode de collecte. L’extension du jet et son amincissement s’accompagnent d’une évaporation substantielle, voire quasi-totale, du solvant, ce qui permet la solidification de fibres de polymères. Les fibres issues du jet sont récupérées sur l’électrode de collecte ou sur un substrat à part entière à la fin de leur parcours. L’électrofilage permet d’obtenir des fibres de diamètres suffisamment petits pour obtenir des voiles de fibres et/ou des membranes les comprenant utilisables pour la filtration de fluides, notamment pour la filtration d’aérosols, assurant à la fois une bonne efficacité de filtration et une bonne perméabilité.

On distingue habituellement trois mécanismes physiques principaux par lequel un élément filtrant permet de limiter le passage d’aérosols portés par un flux gazeux. Deux sont liés à des effets mécaniques, le troisième à des effets électrostatiques. Le premier effet, « l’impact », est celui observé lorsque des particules ont des dimensions proches de celle de la taille des pores, et sont ainsi bloquées par impact avec les fibres.

Le second effet, « la diffusion », est lié au fait que les particules diffusantes ont une composante brownienne dans leur déplacement et sont ainsi susceptibles d’entrer en contact et d’adhérer au fibres. Ce mécanisme permet d’empêcher le passage de particules de tailles inférieures à la dimension des pores.

Le troisième effet, « l’induction », est associé à des phénomènes électrostatiques. Si les particules à filtrer sont chargées ou polarisables, elles sont susceptibles d’être attirées par des fibres possédant elles même des charges ou des dipôles. Ce troisième effet permet de limiter le passage de particules dont les dimensions sont significativement inférieures à la taille de pores. Il est d’autant plus marqué que les fibres ont un petit diamètre.

Le poly(fluorure de vinylidène), plus communément appelé PVDF, permet d’obtenir des membranes hydrophobes et résistantes chimiquement. Le PVDF est un polymère thermoplastique semi-cristallin, qui présente un polymorphisme, à savoir qu’il peut cristalliser sous différentes phases cristallines : a, b, y et d. L’enchaînement des conformations, trans (T) ou gauche (G), le long des chaînes ainsi que l’arrangement des chaînes entre-elles dans le cristal (symétrie) définissent la phase ainsi que son caractère polaire ou non polaire.

La phase alpha peut être décrite par des enchaînements de conformation TGTG (Trans Gauche + Trans Gauche -). C’est la seule phase apolaire.

La phase beta peut être décrite par des enchaînements de conformations uniquement « trans » (T) le long des chaînes, elles-mêmes ordonnées dans une maille orthorhombique non centro-symétrique. La phase beta est la phase la plus polaire.

Il existe des intermédiaires entre la phase alpha et la phase beta, notamment la phase gamma, qui peut être décrite par des enchaînements de conformation T3GT3G. Elle est polaire mais beaucoup moins que la phase beta. La phase delta est également polaire mais n’a été que très peu étudiée.

Les phases polaires, notamment la phase la plus polaire beta, présentent d’importantes propriétés ferroélectriques. Ceci signifie que l’application au matériau d’un champ électrique à une valeur supérieure à un champ caractéristique appelé champ coercitif (Ec), permet l’orientation des dipôles formés par les liaisons C-F dans la même direction. Cette orientation des dipôles, suffisamment stable dans le temps du fait des propriétés ferroélectriques, confère au matériau une polarisation rémanente à champ électrique nul. Ainsi, la présence de phase beta dans les fibres de PVDF est particulièrement intéressante pour des applications de filtration d’aérosols car ceci permet de générer des charges liées au matériau et donc d’augmenter l’efficacité électrostatique (efficacité électrostatique supérieure par rapport à des fibres de matériaux diélectriques non ferroélectriques).

Il est connu de Andrew & al. (voir: Effect of electrospinning on the ferroelectric phase content of polyvinylidene difluoride fibers. Langmuir, 2008, vol. 24, no 3, p. 670-672), l’électrofilage de solutions de PVDF dans le diméthylformamide (DMF). En faisant varier certains paramètres du procédé, en l’occurrence la concentration en PVDF dans la solution et la tension appliquée lors de I ’ él ectrof i I ag e , les auteurs arrivent à obtenir un voile de fibres en PVDF ayant une cristallinité de 49% à 58%, le pourcentage de phase beta dans la phase cristalline étant d’au plus 75%. Ainsi, les fibres obtenues ont un taux de phase beta de 37% à 47% en poids par rapport au poids de fibres.

Il est connu de Baqueri & al. (voir : Influence of Processing conditions on polymorphie behavior, crystallinity, and morphology of electrospun poly (Vinylidene fluoride) nanofibers. Journal of Applied Polymer Science, 2015, vol. 132, no 30) l’électrofilage de solutions de PVDF à une concentration de 20% en poids dans du DMF. Les auteurs arrivent à obtenir avec un débit d’électrofilage de 0,5 mL/h et une tension appliquée lors de l’électrofilage de 13 kV, un voile de fibres en PVDF ayant une cristallinité de 53%, le pourcentage de phase beta dans la phase cristalline étant d’au plus 83%. Ainsi, les fibres obtenues ont un taux de phase beta de 44% en poids par rapport au poids de fibres. De plus leur diamètre médian est de 55 nm.

Le DMF, est étiqueté « FI360D - Peut nuire au fœtus » et « H332 - Nocif par inhalation ». Il est donc considéré comme étant un solvant CMR (Cancérigène, ou Mutagène, ou Toxique pour la reproduction). L’indice CLso (concentration létale médiane par inhalation) est la concentration d'une substance, déduite statistiquement, qui devrait provoquer au cours d'une exposition ou, après celle- ci, pendant une période définie, la mort de 50 % des animaux exposés pendant une durée déterminée. Des études ont montrées que le CL50 du DMF chez le rat était de : 9400 ppm/2h - 15.000 mg/m ³ . Ainsi, l’utilisation de DMF pour fabriquer des ensembles de fibres par électrofilage en solution présente donc plusieurs risques/désavantages. Un premier risque se situe pour l’opérateur étant amené à manipuler le DMF pour le procédé d’électrofilage en solution. En outre, comme expliqué, le solvant est amené à être évaporé en quasi-totalité, idéalement en totalité. Ainsi de grandes quantités de solvants sont amenées à se retrouver dans l’atmosphère environnant du procédé d’électrofilage et doivent être traitées avec une attention extrême. Enfin, si l’ensemble de fibres est destiné à être en contact avec l’Homme de par son utilisation, par exemple si l’ensemble de fibres est destiné à être utilisé comme membrane d’un masque de filtration de l’air ou d’un respirateur, des quantités même infimes de solvant dans les fibres, causées notamment par une évaporation incomplète lors du procédé d’électrofilage, n’est pas souhaitable.

Il existe donc un besoin de fournir des procédés d’électrofilage utilisant un véhicule liquide n’étant pas considéré, de par ses constituants, comme cancérigène, ni mutagène, ni toxique pour la reproduction.

Il existe également un besoin de fournir des procédés d’électrofilage permettant d’obtenir des voiles de fibres ayant une proportion de phase beta par rapport au poids de fibres plus important afin d’améliorer les propriétés ferroélectriques du voile.

Enfin, à cause des risques de toxicité des nano-objets pour l’Homme, il existe également un besoin de fournir des procédés d’électrofilage permettant d’obtenir des voiles de fibres ne contenant pas ou ne contenant que très peu de fibres de diamètre inférieur ou égal à 0,1 pm.

GEE & al. (voir : Optimizing electrospinning parameters for piezoelectric PVDF ont comparé l’électrofilage d’une solution de PVDF dans un mélange DMF:acétone 60:40 (v:v) et un mélange DMSO:acétone 60:40 (v:v). Le DMSO a pour avantage de ne pas présenter de caractère nocif comme le DMF. Néanmoins, Gee & al. ont conclu leur étude par le fait que les membranes électrofilées à l’aide du mélange DMSO:acétone n’étaient pas aussi satisfaisante que celles obtenues par le mélange DMF:acétone. Ils ont notamment remarqué une augmentation sensible du diamètre médian des fibres, la présence de phase gamma avec de la phase beta et une augmentation de la densité de fibres.

Objectifs

Un objectif de l’invention est de proposer un procédé qui permette de fabriquer un voile non-tissé de fibres de polymère(s) fluoré(s), notamment de PVDF et/ou d’un de ses copolymères, à l’aide d’un véhicule liquide n’étant pas considéré de par ses constituants comme cancérigène, ni mutagène, ni toxique pour la reproduction.

Un objectif de l’invention est notamment de fournir un procédé d’électrofilage utilisant un véhicule liquide dépourvu de N-N-diméthylformamide, et dépourvu de tout autre solvant usuellement utilisés en électrofilage mais considéré cancérigène, mutagène, ou toxique pour la reproduction, tels la N,N- diméthylacétamide (DMac), le tétrahydrofurane (THF), la tétraméthylurée, le triméthylphosphate et la N-méthyl-2-pyrrolidone.

Un autre objectif est de proposer, au moins selon certains modes de réalisation, un procédé permettant d’obtenir un voile et/ou une membrane adaptés pour la filtration d’air, notamment pour la filtration d'aérosols nano et/ou sub microniques, dont les fibres ont des propriétés ferroélectriques améliorées.

Un autre objectif de l’invention est de proposer, au moins selon certains modes de réalisation, un procédé permettant d’obtenir un voile et/ou une membrane adaptés pour la filtration d’un air destiné à être respiré, et donc ne présentant aucun danger toxicologique pour la santé humaine. Un autre objectif de l’invention est, au moins selon certains modes de réalisation, de proposer un procédé permettant d’obtenir un voile et/ou une membrane destinés à être utilisés comme partie filtrante d’un appareil filtrant de protection respiratoire.

Résumé de l'invention

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un voile non-tissé de fibres. Le procédé comprend : a) la fourniture d’une solution, ou d’une dispersion homogène, comprenant au moins un polymère fluoré dans un véhicule liquide, ledit polymère fluoré étant à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF) ; et, b) l’électrofilage de la solution, respectivement de la dispersion homogène, pour former ledit voile. La solution, respectivement la dispersion homogène, est caractérisée en ce que le véhicule liquide comprend : i) au moins 15% en poids de diméthylsulfoxyde (DMSO), par rapport au poids total de véhicule liquide, et ii) au moins un deuxième liquide, le deuxième liquide ayant un paramètre de solubilité de Hansen d de 7 MPa ^1/2 à 15 MPa ^1/2 et une température d’ébullition strictement supérieure à 100°C.

En outre, le véhicule liquide n’est pas considéré, de par ses constituants, comme cancérigène, ni mutagène, ni toxique pour la reproduction (CMR). Cela veut dire que le véhicule liquide ne contient aucun constituant pouvant être considéré comme CMR. Le deuxième liquide n’est notamment pas considéré comme CMR.

En particulier, le véhicule liquide ne comprend aucun des composés de la liste constituée de : la N-N-diméthylformamide (DMF), la N,N-diméthylacétamide (DMac), le tétrahydrofurane (THF), la tétraméthylurée, le triméthylphosphate et la N-méthyl-2-pyrrolidone.

Les inventeurs de la présente invention ont remarqué qu’en mélangeant le deuxième liquide, défini notamment par une sélection spécifique du paramètre de solubilité de Hansen d _R , avec du DMSO, ils pouvaient améliorer l’électrofilage du polymère fluoré à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF), notamment dans le cas où ce polymère est le PVDF. Selon certains modes de réalisation au moins, la présence de ce deuxième liquide en plus du DMSO dans le véhicule liquide permet d’augmenter le taux de cristallinité des fibres, et/ou permet d’augmenter leur taux de cristallinité en phase beta et/ou permet un meilleur contrôle de la taille et de la morphologie des fibres.

Selon certains modes de réalisation, le DMSO représente au moins 20%, préférentiellement au moins 25%, et encore préférentiellement au moins 30% en poids du poids total du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide représente au moins 10% en poids du poids total du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide a un paramètre de solubilité de Hansen d supérieur ou égal à 8 MPa ^1/2 , préférentiellement supérieur ou égal à 9 MPa ^1/2 et de manière extrêmement préférée supérieur ou égal à 10 MPa ^1/2 .

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide est choisi dans la liste constituée de : la cyclopentanone, le diméthyl phtalate, l’acétoacétate d’éthyle, le triéthyl phosphate, le lactate d’éthyle, et leur mélange.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide est constitué de cyclopentanone.

Selon certains modes de réalisation, le ratio massique en DMSO par rapport au deuxième liquide est alors avantageusement de 40 :60 à 60 :40.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide est constitué du DMSO et dudit au moins un deuxième liquide. Le ratio massique en DMSO par rapport au deuxième liquide est alors avantageusement de 40 :60 à 60 :40.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide comprend au moins un troisième liquide, le troisième liquide ayant une température d’ébullition inférieure ou égale à 100°C. Le troisième liquide représente avantageusement de 5% à 60% en poids par rapport au poids total du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le troisième liquide est choisi parmi la liste constituée de : l’acétone, l’acétate d’éthyle, la 2-butanone, l’eau et leur mélange. Selon certains modes de réalisation, le troisième liquide est constitué d’acétate d’éthyle ou d’un mélange d’eau et d’acétate d’éthyle. Selon certains modes de réalisation, le troisième liquide comprend de l’eau, l’eau constituant jusqu’à 5% en poids, préférentiellement jusqu’à 3% en poids, du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le ratio massique en poids de la somme des poids du DMSO et du deuxième liquide par rapport au poids du troisième liquide est avantageusement de 20:80 à 80:20, préférentiellement de 40:60 à 60:40.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide est constitué du DMSO, dudit au moins un deuxième liquide et dudit au moins un troisième liquide. Le ratio massique en poids de la somme des poids du DMSO et du deuxième liquide par rapport au poids du troisième liquide est avantageusement de 20:80 à 80:20, préférentiellement de 40:60 à 60:40.

Selon certains modes de réalisation, la solution, respectivement la dispersion homogène, a une viscosité BROOKFIELD à 20°C de 50 à 300 cP, préférentiellement de 75 à 265 cP, et encore préférentiellement de 80 à 150 cP. Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré a un indice de fluidité à 230°C sous une charge de 12,5 kg, de 0,1 g/10 minutes à 15 g/10 minutes, préférentiellement de 1 g/10minutes à 10 g/10 minutes, et encore préférentiellement de 3 g/10 minutes à 8 g/10 minutes, tel que mesuré selon la norme ASTM D1238-13.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré représente de 3% à 20% en poids, préférentiellement de 6% à 15% en poids, par rapport au poids total de solution, respectivement de dispersion homogène.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré est un homopolymère de VDF ; un copolymère ayant un motif de répétition issu du VDF et au moins un motif de répétition issu d’un autre monomère que le VDF, l’autre monomère étant choisi dans la liste constituée de: le fluorure de vinyle (VF), le tétrafluoroéthylène (TFE), le trifluoroéthylène (TrFE), un chlorofluoroéthylène (CFE), un chlorodifluoroéthylène, le chlorotrifluoréthylène (CTFE), le dichlorodifluoroéthylène, un trichlorofluoroéthylène, l’hexafluoropropylène (HFP), un trifluoropropène, un tétrafluoropropène, un chloro-trifluoropropène, l’hexafluoroisobutylène, le perfluorobutyléthylène, un pentafluoropropène, un perfluoroéther, notamment un perfluoroalkylvinyléther, l’éthylène, un monomère acrylique, un monomère méthacrylique et, leur mélange ; ou un mélange d’homopolymère(s) et de copolymère(s).

Ledit au moins un polymère fluoré peut notamment comprendre un PVDF ou est être constitué de PVDF(s).

Ledit au moins un polymère P1 peut également être un mélange constitué de :

- un PVDF,

- un copolymère choisi parmi : P(VDF-HFP), P(VDF-TFE) et P(VDF-TrFE) ; la proportion massique de PVDF par rapport à celle du copolymère allant de 1 :99 à 99:1 , préférentiellement de 10 :90 à 90 :10, et de manière extrêmement préférentielle de 25:75 à 75:25.

Selon certains modes de réalisation, la solution, respectivement la dispersion homogène, comprend en outre au moins un polymère différent du polymère fluoré, choisi dans la liste constituée de : un poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), un poly(méthacrylate d’éthyle) (PEMA), un poly(acrylate de méthyle) (PMA), un poly(acrylate d’éthyle) (PEA), un poly(acétate de vinyle) (PVAc), un poly(vinyl méthyl cétone) (PVMK), un polyuréthane thermoplastique (TPU), un amidon thermoplastique, des copolymères en dérivant, et leurs mélanges.

En particulier, la solution, respectivement la dispersion homogène peut comprendre un PMMA, la proportion massique de PMMA par rapport à la somme des masses du polymère fluoré et du PMMA étant de 15% à 40%, préférentiellement de 16% à 30%, et de manière extrêmement préférentielle de 17% à 23%.

L’invention concerne en outre une solution, ou dispersion homogène, comprenant au moins un polymère fluoré dans un véhicule liquide. Le polymère fluoré est à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF). Le véhicule liquide comprend : i) au moins 15% en poids de diméthylsulfoxyde (DMSO), par rapport au poids total de véhicule liquide, ii) au moins un deuxième liquide, le deuxième liquide ayant un paramètre de solubilité de Hansen d de 7 MPa ^1/2 à 15 MPa ^1/2 et une température d’ébullition strictement supérieure à 100°C, et iii) au moins un troisième liquide, le troisième liquide ayant une température d’ébullition inférieure ou égale à 100°C.

Le véhicule liquide n’est pas considéré, de par ses constituants, comme cancérigène, ni mutagène, ni toxique pour la reproduction. Cette solution, ou dispersion homogène, est particulièrement adaptée pour être électrofilée, notamment selon les modes de réalisation présentés ci-dessus. Cette solution est revendiquée en tant que telle pour n’importe quelle autre utilisation que l’électrofilage.

Figures

[Fig. 1] représente schématiquement un premier dispositif pour électrofilage (« avec aiguille »).

[Fig. 2] représente schématiquement un deuxième dispositif pour électrofilage (« sans aiguille »).

[Fig. 3] représente schématiquement une membrane selon un premier mode de réalisation.

[Fig. 4] représente schématiquement une membrane selon un deuxième mode de réalisation.

[Fig. 5] représente schématiquement une membrane selon un troisième mode de réalisation.

[Fig. 6] représente schématiquement un demi-masque filtrant comprenant une membrane selon l’invention.

[Fig. 7] représente schématiquement une architecture possible du filtre utilisé dans le demi-masque selon la Figure 6.

Description détaillée de l’invention

Dans la présente demande, les formes singulières « un », respectivement « le », signifient par défaut « au moins un », et respectivement « ledit au moins un » (ces dernières formulations ne sont pas toujours utilisées de sorte à alléger certaines tournures de phrase), à moins qu’indiqué autrement.

Dans l’ensemble des gammes énoncées dans la présente demande, les bornes sont incluses sauf mention contraire.

Polymère fluoré utilisé dans le procédé Le polymère fluoré utilisé dans le procédé selon l’invention est à base du motif de répétition issu du fluorure de vinylidène (VDF). La proportion du motif de répétition issu du VDF représente au moins 50% molaire par rapport au nombre total de moles des unités de répétition du polymère fluoré.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré comprend au moins 60%, ou au moins 70%, ou au moins 75%, ou au moins 80%, ou au moins 85%, ou au moins 90%, ou au moins 95%, ou au moins 99% en moles d’unités issues du VDF. Le polymère fluoré peut notamment être un copolymère. On entend par le terme « copolymère », au sens large, désigner un polymère issu de la copolymérisation d'au moins deux types de monomères chimiquement différents, appelés co-monomères. Un copolymère, au sens large, comporte au moins deux types de motifs de répétition, les (au moins deux) types étant déterminés par des formules chimiques différentes. Il peut par exemple être formé de deux, trois ou quatre types de motifs de répétition. Un copolymère, au sens strict, est formé d’exactement deux types de motifs de répétition, comme par exemple le P(VDF-TrFE).

Le polymère fluoré peut notamment être un copolymère ayant un motif de répétition issu du VDF et au moins un motif de répétition issu d’un monomère autre que le VDF, le monomère étant choisi dans la liste constituée de : le fluorure de vinyle (VF), le tétrafluoroéthylène (TFE), le trifluoroéthylène (TrFE), un chlorofluoroéthylène (CFE), un chlorodifluoroéthylène, le chlorotrifluoréthylène (CTFE), le dichlorodifluoroéthylène, un trichlorofluoroéthylène, l’hexafluoropropylène (HFP), un trifluoropropène, un tétrafluoropropène, un chloro-trifluoropropène, l’hexafluoroisobutylène, le perfluorobutyléthylène, un pentafluoropropène, un perfluoroéther, notamment un perfluoroalkylvinyléther, l’éthylène, un monomère acrylique, un monomère méthacrylique, et leur mélange ; et un mélange d’homopolymère(s) et de copolymère(s) précités.

Il est bien entendu que tous les isomères géométriques des composés fluorés précités sont inclus dans les terminologies ci-dessus, tels que : le 1 ,1- chlorofluoroéthylène (1 ,1 -CFE), le 1 ,2-chlorofluoroéthylène (1 ,2-CFE), 1 ,2- dichloro-1 ,2-difluoroéthylène, 1 ,1 -dichloro-1 ,1 - difluoroéthylène et 1 ,1 ,2-trichloro- 2-fluoroéthylène, le 3,3,3-trifluoropropène, le 2-chloro-3,3,3-trifluoropropène (1233xf), le 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène (1233zd), le 1 ,3,3,3- tétrafluoropropène, le 2,3,3,3-tétrafluoropropène (ou 1234yf), le 3-chloro-2,3,3- trifluoropropène (ou 1233yf), le 3-chloro-3,3,3-trifluoropropène, le 1 ,1 ,3,3,3- pentafluoropropène ou le 1 ,2,3,3,3-pentafluoropropène.

Parmi les perfluoroalkylvinyléthers, on peut citer ceux de formule générale : Rf- 0-CF-CF2, Rf étant un groupement alkyle, de préférence en C1 à C4 et par exemple le méthylvinyléther (MVE) ou l’isopropyl vinyléther (PVE).

Parmi les monomères de type acrylique ou méthacrylique, on peut citer : l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acide (2-trifluorométhyl) acrylique, l’hydroxyéthyl acrylate, l’hydroxyéthyl méthacrylate, l’hydroxypropyl acrylate, l’hydroxypopyl méthacrylate, l’hydroxyéthylhexyl acrylate, l’hydroxyethyl hexyl méthacrylate, et leur mélange.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré ou le mélange de polymères fluorés comprend un PVDF ou est constitué d’un PVDF. Le PVDF est généralement plus difficile à solubiliser, respectivement disperser de manière homogène, dans le véhicule liquide que ses copolymères. Ceci inclue des variantes dans lesquelles ledit au moins un polymère fluoré est un mélange de PVDFs de différentes masses moléculaires.

Selon certaines variantes, ledit au moins un polymère fluoré est un mélange constitué de :

- un PVDF,

- un copolymère choisi parmi la liste des copolymères énoncée ci-dessus; la proportion massique de PVDF par rapport à celle du copolymère allant de 1 :99 à 99 :1 , préférentiellement de 10:90 à 90:10, et de manière extrêmement préférée de 25:75 à 75:25.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré utilisé dans le procédé comprend, ou est constitué de, un copolymère choisi dans la liste constituée de : un P(VDF-TrFE), un P(VDF-HFP), un P(VDF-TFE), un P(VDF-TrFE-CFE), un P(VDF-TrFE-CTFE), un P(VDF-TFE-CFE), et un P(VDF-TFE-CTFE).

Selon certaines variantes, ledit au moins un polymère fluoré est un mélange constitué de :

- un PVDF, - un copolymère choisi parmi : un P(VDF-TrFE), un P(VDF-FIFP), un P(VDF- TFE), un P(VDF-TrFE-CFE), un P(VDF-TrFE-CTFE), un P(VDF-TFE-CFE), et un P(VDF-TFE-CTFE) ; la proportion massique de PVDF par rapport à celle du copolymère allant de 10 :90 à 90 :10, préférentiellement de 25:75 à 75:25.

Le P(VDF-FIFP) a avantageusement une proportion molaire en motif de répétition issu du FIFP de 15% à 35%.

Le P(VDF-TFE) a avantageusement une proportion molaire en motif de répétition issu du TFE de 8% à 30%, préférentiellement de 15% à 28%, préférentiellement encore de 18% à 25%, et de manière extrêmement préférée de 20% à 22%, par rapport au nombre total de moles des motifs issus du VDF et du TFE.

Le P(VDF-TrFE) a avantageusement une proportion molaire en motif de répétition issu du TrFE de 15 à 50%, préférentiellement de 16% à 35%, préférentiellement encore de 17% à 32%, et de manière extrêmement préférée de 18% à 28%, par rapport au nombre total de moles des motifs issus du VDF et du TrFE.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré peut avoir un indice de fluidité (MFI ou encore Melt Flow Index) à 230°C sous une charge de 12,5 kg, de 0,10 g/10 minutes à 15 g/10 minutes, tel que mesuré selon la norme ASTM D1238-13. Un équipement tel que le «Flowmeter Dynisco D4059 B » peut être utilisé en déterminant le poids cumulé qui passe à travers la filière de mesure au bout de 10 minutes lorsque l’appareil est opéré à 230°C et 12,5 kg de charge sur le polymère fondu. Le polymère fluoré a de préférence un indice de fluidité de 1 g/10min à 10 g/10min, et de manière encore plus préféré de 3 g/10min à 8 g/10min.

Solution ou dispersion homogène

Par « véhicule liquide », on entend tout mélange de liquides miscibles servant de support au(x) polymère(s) (et aux éventuels autres additifs). De manière générale, le véhicule liquide peut être capable de dissoudre ledit polymère pour former une solution vraie (c’est-à-dire monophasée ou homogène au niveau moléculaire), ou au contraire ne pas être capable de dissoudre complètement ledit polymère. On entend par « dispersion homogène » signifier une dispersion de particules de polymère, plus ou moins gonflées de véhicule, dans une phase continue de véhicule. L’homogénéité de la dispersion est ainsi une homogénéité macroscopique (c’est-à-dire qu’en l’observant à l’œil nu la dispersion est d’aspect homogène), caractérisée en ce que la dispersion ne présente pas d’aspect granulaire ou macro-séparé. Le terme « dispersion homogène » est ainsi employé par opposition à une « dispersion hétérogène », c’est-à-dire une dispersion à l’aspect macroscopique partiellement granulaire ou présentant une séparation de phases macroscopiquement visible ou encore gélifiée.

Selon des modes de réalisation préférés, le véhicule liquide utilisé permet de dissoudre le polymère fluoré de telle sorte à former une solution vraie. En effet, les inventeurs considèrent que, de cette manière il est plus facile d’obtenir un voile non-tissé de fibres avec une proportion plus importantes de phase beta, notamment pour les modes de réalisation où le polymère fluoré comprend, ou est constitué de, PVDF.

Selon certaines variantes, le véhicule liquide utilisé peut ne pas permettre de dissoudre le polymère fluoré de telle sorte à former une solution vraie mais permettre d’obtenir, à tout le moins, une dispersion homogène. Préférentiellement la dispersion homogène est une suspension colloïdale c’est- à-dire constituée de particules de taille allant de quelques nanomètres à un micromètre.

La solution, respectivement la dispersion colloïdale, peut être obtenue par ajout du polymère fluoré ou du mélange de polymères fluorés et des constituants du véhicule liquide dans n’importe quel ordre et agitation dans des conditions de températures et des conditions hydrodynamiques adéquates. La température lors de l’agitation est généralement de 15°C à 100°C, préférentiellement de 20°C à 80°C et de manière extrêmement préférée de 40°C à 65°C. Les conditions hydrodynamiques dépendent du type d’agitateur utilisé. Les agitateurs favorisant un écoulement axial sont particulièrement préférés. La durée d’agitation est généralement de 30 minutes à 24 heures. La durée d’agitation est préférentiellement inférieure ou égale à 12 heures, préférentiellement encore inférieure ou égale à 6 heures, et de manière extrêmement préférée inférieure ou égale à 4 heures. On entend par « paramètres de solubilité de Hansen » signifier les trois paramètres suivants :

5d : composante dispersive (relative à l’énergie liée aux forces de dispersion entre les molécules de la composition) ; dr : composante polaire (relative à l’énergie liée aux forces dipolaires intermoléculaires entre les molécules de la composition) ; et 5h : composante liaison hydrogène (relative à l’énergie liée aux liaisons hydrogènes entre les molécules de la composition).

Le paramètre de solubilité de Hansen d est généralement exprimé en MPa ^1/2 à une température de 25°C et pression atmosphérique (1013 hPa). L’ouvrage :

« Hansen, C. M. (2007). Hansen solubility parameters: a user's handbook. CRC press » donne la valeur du d _R pour plus de 1200 composés chimiques. Pour un composé chimique n’apparaissant pas dans cet ouvrage, le paramètre de solubilité de Hansen d _R peut être évalué par la Formule I ci-dessous, dite formule de Hansen & Beerbower :

[Math 1]

S _p = 37,4 (Formule i), dans laquelle : m est le moment dipolaire du composé chimique, exprimé en Debye ; et V est le volume molaire, exprimé en cm ³ . mol ¹ .

Le véhicule liquide utilisé dans le procédé selon l’invention forme une phase homogène de liquides miscibles entre eux, au moins dans les proportions utilisées pour former le véhicule liquide. Il comprend : i) au moins 15% en poids d’un premier liquide, le premier liquide étant le diméthylsulfoxyde (DMSO), par rapport au poids total de véhicule liquide, et ii) au moins un deuxième liquide, le deuxième liquide ayant un paramètre de solubilité de Hansen 5 de 7 MPa ^1/2 à 15 MPa ^1/2 et une température d’ébullition strictement supérieure à 100°C.

Le DMSO a pour avantage de ne présenter aucun danger connu pour la santé humaine. Par ailleurs, le DMSO a un paramètre de solubilité de Hansen d de 16,4 MPa ^1/2 . A titre de comparaison, le DMF a un paramètre de solubilité de Hansen 5 de 13,7 MPa ^1/2 . Sans pour autant être liés à la théorie, les inventeurs pensent que c’est parce que le véhicule liquide selon l’invention tend à se rapprocher du paramètre de solubilité de Hansen 5 du DMF que l’électrofilage du polymère fluoré dans le véhicule liquide est améliorée par rapport à un électrofilage dans un véhicule liquide comprenant le DMSO mais pas le second liquide selon l’invention. Néanmoins, contrairement au DMF, le véhicule liquide ne présente pas de risques comparables pour la santé humaine à ceux présentés par le DMF. Le véhicule liquide n’est notamment pas considéré, de par ses constituants, comme cancérigène, ni mutagène, ni toxique pour la reproduction.

On entend par « Cancérogène » signifier qu’une substance peut, par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, provoquer un cancer ou en augmenter la fréquence.

On entend par « Mutagène » signifier qu’une substance peut, par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée produire des défauts génétiques héréditaires ou en augmenter la fréquence.

On entend par « toxique pour la Reproduction » signifier qu’une substance peut, par inhalation, ingestion ou pénétration cutanée, produire ou augmenter la fréquence d'effets nocifs non héréditaires dans la progéniture ou porter atteinte aux fonctions ou capacités reproductives.

Il existe plusieurs classifications des agents chimiques au regard de leurs propriétés CMR. Il peut être cité par exemple la classification européenne prévue par le règlement dit « CLP » ( Classification , Labelling and Packaging ). D’autres organismes, tel le Centre International de Recherche sur le Cancer (CIRC), des organismes américains (par exemple : US-EPA, OSHA, NIOSH, ACGIH) ou encore des organismes nationaux européens (par exemple : commission MAK allemande).

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide n’est pas considéré comme CMR, classification européenne prévue par le règlement dit « CLP. De manière préférée, le véhicule liquide n’est considéré comme CMR par aucun des organismes précités.

Avantageusement, le véhicule liquide ne comprend aucun des solvants de la liste constituée de : la N-N-diméthylformamide (DMF), la N,N-diméthylacétamide (DMac), le tétrahydrofurane (THF), la tétraméthylurée, le triméthylphosphate et la N-méthyl-2-pyrrolidone.

Selon certains modes de réalisation, le DMSO représente au moins 20%, préférentiellement au moins 25%, et encore préférentiellement au moins 30% en poids du poids total du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide représente au moins 10% en poids du poids total du véhicule liquide.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide a un paramètre de solubilité de Hansen d supérieur ou égal à 8 MPa ^1/2 , préférentiellement supérieur ou égal à 9 MPa ^1/2 et de manière extrêmement préférée supérieur ou égal à 10 MPa ^1/2 .

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide est choisi dans la liste constituée de : la cyclopentanone, le diméthyl phtalate, l’acétoacétate d’éthyle, le triéthyl phosphate, le lactate d’éthyle, et leur mélange.

Selon certains modes de réalisation, le deuxième liquide est la cyclopentanone. La cyclopentanone a un coefficient de Hansen d _R égal à 11 ,1 MPa ^1/2 . En outre, la cyclopentanone a une tension superficielle faible de : 33,31 mN/m (mesurée par exemple à 25°C sous pression atmosphérique par la méthode de la goutte tombante). Ceci est à comparer à la tension superficielle du DMF dans les mêmes conditions : 36,42 mN/m et à la tension superficielle du DMSO dans les mêmes conditions : 43,5 mN/m. Une faible tension superficielle du véhicule liquide est particulièrement avantageuse pour faciliter la mise en œuvre de l’électrofilage.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide est constitué du DMSO et dudit au moins un deuxième liquide. Le ratio massique en DMSO par rapport au deuxième liquide est alors avantageusement de 40:60 à 60:40.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide comprend au moins un troisième liquide en plus du DMSO et dudit au moins un deuxième liquide. Le troisième liquide a une température d’ébullition inférieure ou égale à 100°C. La présence du troisième liquide a notamment pour intérêt de diminuer la température d’ébullition du véhicule liquide et de favoriser son évaporation lors de l’électrofilage. Selon certains modes de réalisation, le troisième liquide peut représenter de 5% à 60% en poids par rapport au poids total du véhicule liquide.

Le troisième liquide peut notamment être choisi parmi la liste constituée de : l’acétone, l’acétate d’éthyle, la 2- butanone, l’eau et leur mélange. Dans les modes de réalisation où le troisième liquide comprend de l’eau, l’eau représente généralement au plus 5%, et préférentiellement au plus 3% en poids du poids total du véhicule liquide. L’eau est généralement un non-solvant du polymère fluoré et c’est pourquoi elle ne peut être introduite qu’en quantité limitée. Néanmoins, l’eau a pour avantage de faire augmenter la conductivité de la solution, respectivement de la dispersion homogène.

Selon des modes de réalisation particuliers, le troisième liquide est constitué de l’acétate d’éthyle ou d’un mélange eau acétate d’éthyle. L’acétate d’éthyle ne présente pas de toxicité particulière et possède une odeur caractéristique fruitée.

Selon certains modes de réalisation, le véhicule liquide est constitué du DMSO, dudit au moins un deuxième liquide et dudit au moins un troisième liquide. Avantageusement, le ratio massique en poids de la somme des poids du DMSO et du deuxième liquide par rapport au poids du troisième liquide est de 20:80 à 80:20, préférentiellement de 40:60 à 60:40.

Selon certains modes de réalisation, la solution, respectivement la dispersion homogène, a une viscosité BROOKFIELD à une température de mesure de 20°C à 25°C, préférentiellement à 20°C, de 50 à 300 cP, préférentiellement de 75 à 265 cP, et encore préférentiellement de 80 à 150 cP. Pour mesurer la viscosité Brookfield, un viscosimètre de type Brookfield tel que le DV II+ PRO peut être utilisé.

Selon certains modes de réalisation, le polymère fluoré représente de 3% à 20% en poids, préférentiellement de 6% à 15% en poids, par rapport au poids total de solution, respectivement de dispersion homogène.

La solution, respectivement la dispersion homogène, peut éventuellement comprendre en plus du polymère fluoré et du véhicule liquide :

- au moins un autre polymère différent dudit au moins un polymère fluoré; et/ou

- au moins un additif. L’autre polymère, différent du polymère fluoré ne peut être ajouté que dans la mesure où il peut être dissout, ou à tout le moins dispersé de manière homogène dans le véhicule liquide. Selon certains modes de réalisation l’autre polymère peut être introduits dans le véhicule liquide dans une proportion massique avec ledit au moins un polymère fluoré de 40:60 à 0:100, préférentiellement de 25:75 à 0,1 :99,9 et de manière extrêmement préférentielle de 10:90 à 1 :99.

L’autre polymère peut notamment être : un poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), un poly(méthacrylate d’éthyle) (PEMA), un poly(acrylate de méthyle) (PMA), un poly(acrylate d’éthyle) (PEA), un poly(acétate de vinyle) (PVAc), un poly(vinyl méthyl cétone) (PVMK), un polyuréthane thermoplastique (TPU), un amidon thermoplastique, des copolymères en dérivant comme par exemple en ce qui concerne le PMMA : le poly(méthylméthacrylate-co-éthylacrylate), et leurs mélanges.

L’additif peut notamment être un additif permettant de moduler certaines propriétés électrohydrodynamique de la solution, respectivement de la dispersion homogène, lors de l’électrofilage. L’additif peut notamment être un sel. Citons par exemple NaCI et LiCI ou encore les sels d’ammonium tels :

TBAC (chlorure de tétrabutyl ammonium), TEAC (chlorure de tétraéthylammoniun) ou TEAB (bromure de tétraéthylammonium). Ces sels sont avantageusement éliminés par lavage à l’eau après formation des fibres par électrofilage.

Selon des modes de réalisation alternatifs, la solution, respectivement dispersion homogène, est constituée du polymère fluoré ou mélange de polymères fluoré et du véhicule liquide. Autrement dit, dans ces modes de réalisation la solution, respectivement la dispersion homogène, ne comprend pas d’additif, ni d’autre polymère que le polymère fluoré.

Procédé d’électrofilage

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un voile non-tissé de fibres.

Le procédé comprend : a) la fourniture d’une solution, respectivement d’une dispersion homogène, telle que présentée ci-dessus ; et, b) électrofil âge de la solution, respectivement de la dispersion homogène, pour former ledit voile.

On entend par le terme « fibre » désigner un élément filamenteux, pouvant généralement être décrit par un diamètre et une longueur.

On entend par « voile non-tissé de fibres », désigner un ensemble de fibres obtenu notamment par assemblage de fibres, sans tissage, ni tricotage. Une définition complémentaire a été proposée par l'EDANA ( European Disposai and Nonwoven Association ), suivant la norme EN ISO 9092, comme signifiant fait d'une nappe de fibres individuelles, orientées directement ou au hasard, liées par friction, cohésion ou adhésion.

L’électrofilage est un procédé électrohydrodynamique bien connu, permettant de fabriquer des fibres de polymères de petite taille, notamment des fibres de diamètre allant de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs centaines de nanomètres. Lorsqu'une tension électrique suffisamment haute est appliquée à une gouttelette de polymère à l’état fondu ou en solution, la gouttelette se charge. Une force de répulsion électrostatique s'oppose alors à la tension de surface de la gouttelette forçant cette dernière à s'étirer, jusqu’à former un cône, appelé « cône de Taylor ». Un jet chargé électriquement est éjecté du sommet du cône de Taylor puis accéléré par un champ électrique. Le jet s’étend dans la direction du champ électrique et s’amincit lors de son déplacement vers une électrode de collecte reliée à la terre. L’extension du jet et son amincissement s’accompagnent d’une solidification de fibres de polymères. Les fibres issues du jet sont récupérées directement sur l’électrode de collecte, ou avantageusement sur un substrat placé devant l’électrode de collecte, à la fin de leur parcours. L’électrofilage peut notamment être « avec aiguille » ou « sans aiguille », comme expliqué de manière schématique par les figures 1 et 2 ci-dessous. Afin de faciliter les explications, nous considérerons par la suite, à titre purement pédagogique et nullement limitatif, l’électrofilage d’une solution vraie de polymère fluoré.

La Figure 1 présente le schéma d’une installation d’électrofilage « avec aiguille », généralement utilisée en laboratoire. L’installation 10 comprend une seringue 11 comprenant une solution 12 de polymère fluoré. La seringue est généralement munie d’une pompe (non représentée) permettant de contrôler le débit de solution en sortant. Faisant face à la seringue se trouve une électrode de collecte 14 reliée à la terre. Un générateur haute tension 13 entre la seringue et l’électrode de collecte 14 permet de générer un champ électrique. Un filament 15, soumis au champ électrique, est éjecté de la seringue 11 , et est préférablement déposé sur un substrat 16, différent de l’électrode de collecte 14.

La Figure 2 présente le schéma d’une installation d’électrofilage « sans aiguille », généralement avantageux pour permettre une plus grande productivité (quantité déposée pour un temps donné), sur une surface plus étendue. L’installation 20 comprend un bain 21, ouvert, comprenant la solution de polymère fluoré et une électrode tournante 22 trempant dans le bain 21. La vitesse de rotation de l’électrode permet d’adapter le flux de solution éjectée du bain. Faisant face au bain 21 et à l’électrode tournante 22 se trouve une électrode de collecte 24 reliée à la terre. Un générateur haute tension 23 entre le bain 21 /électrode tournante 22 et l’électrode de collecte 24 permet de générer un champ électrique. Des filaments 25, soumis au champ électrique, sont éjectés du bain 21. Ils sont préférablement déposés sur un substrat 26, différent de l’électrode de collecte 24. Le substrat 26 peut notamment être une bande déroulante.

Plusieurs paramètres du procédé peuvent être ajustés de telles sorte à obtenir un voile aux propriétés avantageuses, notamment ayant une bonne efficacité de filtration et/ou une faible perte de charge et/ou peut de fibres de taille inférieure à 100 nm. Les paramètres sont notamment ajustés de telle sorte à obtenir des fibres de taille voulue, d’aspect sensiblement homogène et minimisant la présence de billes.

Les paramètres liés polymère et/ou le véhicule liquide sont l’objet de la présente invention

D’autres paramètres à prendre en considération sont les paramètres d’appareillage. Les paramètres d’appareillage pour des dispositifs, tels ceux présentés aux Figures 1 et 2, sont notamment :

- le voltage inter-électrode : ce dernier peut être généralement ajusté à une valeur de 5 kV à 40 kV ; de préférence le voltage inter-électrodes est choisi de sorte à être aussi faible que possible de sorte à limiter la consommation énergétique du procédé et à empêcher au mieux tout risque, de manière préférée de 9 kV à 25 kV et de manière extrêmement préférée de 10 kV à 20 kV

- la distance entre la zone d’éjection du polymère et le substrat : cette dernière est généralement ajustée de 5 cm à 30 cm, et de préférence de 10 cm à 20 cm ;

- le débit d’éjection de solution / dispersion homogène: ce dernier est avantageusement choisi de manière à être le plus élevé possible en fonction du type d’appareillage (seringue 11 ou électrode tournante 22 trempant dans le bain 21) ;

- la température du milieu dans lequel le filament de polymère fluoré en formation est destiné à se déplacer : ceci influence directement la température d’évaporation du solvant de la solution ; préférentiellement cette température est proche de la température ambiante. Elle peut notamment être de 10 °C à 80 °C, préférentiellement de 20 °C à 60 °C et de manière davantage préférée de 25 °C à 45 °C.

- l’humidité relative dans laquelle le filament de polymère fluoré en formation est destiné à se déplacer ; préférentiellement, cette humidité est de 20% à 60% à la température du milieu.

- ou d’autres conditions spécifiques, par exemple une convection forcée de l’air pour favoriser l’évaporation du solvant.

Le voile formé par électrofilage ne nécessite pas obligatoirement d’étape supplémentaire de polarisation, puisque du fait du fort champ électrique exercé, les fibres se trouvent dans un état polarisé.

Le voile formé par électrofilage peut subir après sa formation une étape de recuit à une température inférieure à la température de fusion du polymère puis refroidi à la température ambiante (25°C). Cette étape de recuit permet d’évaporer éventuellement le solvant résiduel et d’augmenter éventuellement la cristallinité, et donc les propriétés ferroélectriques, du polymère fluoré. L’étape de recuit sera habituellement suivie d’une étape de polarisation, par contact ou par corona.

Membrane Le voile fabriqué selon l’invention peut être suffisamment épais à lui seul pour former une membrane adaptée pour la filtration d'aérosols nano et/ou sub microniques.

A contrario, une membrane de filtration d'aérosols nano et/ou sub-microniques selon l’invention, peut comprendre :

- au moins un voile selon l’invention ; et,

- une couche support poreuse supportant ledit au moins un voile.

Selon certains modes de réalisation, le voile a un grammage de 0,01 g/m ² à 3g/m ² . Le voile a préférentiellement un grammage de 0,02 g/m ² à 1 g/m ² et, de manière davantage préférée un grammage de 0,03 g/m ² à 0,5 g/m ² .

Selon certains modes de réalisation, le voile a une épaisseur moyenne de 0,1 pm à 100 pm. Le voile a préférentiellement une épaisseur moyenne de 0,2 pm à 10 pm et, de manière encore préférentielle de 0,3 pm à 0,8 pm.

La couche support permet notamment d’assurer la bonne tenue mécanique de la membrane. La couche support peut être un ensemble tissé ou non-tissé de fibres.

Avantageusement la couche support a une faible perte de charge.

Selon certains modes de réalisation, notamment lors que le voile est mis en œuvre par électrofilage, la couche support peut être le substrat sur lequel le voile est électrofilé.

Selon certains modes de réalisation, la couche support peut être un ensemble non-tissé de fibres thermoplastiques. La couche support peut notamment être un ensemble non-tissé de fibres choisies parmi : des polyoléfines, comme un polyéthylène (PE) ou un polypropylène (PP), des polyesters, comme un poly(téréphtalate d’éthylène) (PET), un poly(téréphtalate de butylène) (PBT), ou encore un poly(naphtalate d’éthylène) (PEN), des polyamides ou copolyamides, comme un PA 11, un PA 12, un PA 6, un PA 6,6, un PA 6,10, un polyacrylonitrile (PAN), des polymères fluorés, comme un polyfluorure de vinylidène (PVDF), un éthylène propylène fluoré (FEP) ou un polytétrafluoroéthylène (PTFE), et leur mélange.

Selon certains modes de réalisation, la couche support est susceptible d’être obtenue par un procédé de fusion-soufflage (« meltblown ») ou par un procédé de filage-nappage (« spunbond »). Un procédé « meltblown » permet généralement d’obtenir des fibres ayant un diamètre allant de 0,5 miti à 10 miti. Un procédé « spunbond » permet généralement d’obtenir des fibres ayant un diamètre allant de 10 pm à 50 miti et est généralement moins cher à mettre en œuvre qu’un procédé « meltblown ».

Selon certains modes de réalisation, la couche support a un grammage de 5 g/m ² à 100 g/m ² , préférentiellement de 10 g/m ² à 50 g/m ² et de manière extrêmement préférée de 15 g/m ² à 40 g/m ² .

La Figure 3 présente une membrane 30 multicouches constituée d’une couche support 31 et d’un seul voile 32.

La Figure 4 présente une membrane 40 multicouches constituée d’une couche support 41 recouverte de chaque côté (« en sandwich ») respectivement d’un voile 42 et d’un voile 43. Les voiles 42 et 43 peuvent être identiques ou au contraire différents, notamment présenter une composition et/ou un grammage et/ou une épaisseur différents. Par exemple, le voile 42 peut être de même composition chimique que le voile 43 mais présenter un grammage et/ou une épaisseur différents.

La Figure 5 présente une membrane 50 multicouches constituée d’une couche support 51 recouverte successivement de trois voiles 52, 53 et 54 selon l’invention. Les voiles 52, 53 et 54 peuvent être identiques ou au contraire différents, notamment présenter une composition et/ou un grammage et/ou une épaisseur différents.

Dispositif de filtration d'aérosols nano et/ou sub-microniques de l’air

Le voile et/ou la membrane selon l’invention peuvent constituer un filtre et/ou faire partie d’un assemblage multicouches constituant un filtre, constituant ou faisant partie d’un dispositif de filtration d'aérosols nano et/ou sub-microniques de l’air.

Selon certains modes de réalisation, le dispositif de filtration d'aérosols nano et/ou sub-microniques de l’air est un appareil filtrant de protection respiratoire.

Il existe de nombreuses conceptions différentes d’appareils de protection respiratoire, bien connues de l’Homme du Métier (Publication INERIS, ED 6106, Les appareils de protection respiratoire, août 2019 - ISBN 978-2-7389-2503-9). L’appareil de protection respiratoire peut notamment être un demi-masque filtrant, un demi-masque comprenant un filtre ou un masque comprenant un filtre. L’appareil de protection respiratoire peut-être à ventilation libre ou à ventilation assistée.

Selon des modes de réalisation préférés de l’invention, l’appareil de protection respiratoire est à ventilation libre. L’appareil de protection respiratoire peut notamment être un demi-masque filtrant comme présenté ci-après. L’appareil respiratoire peut notamment être un masque à usage médical (voir norme EN 14683) ou un masque de type FFP (voir norme EN 149).

Selon certains modes de réalisation, le filtre comprenant le voile et/ou la membrane permet uniquement la filtration d'aérosols nano et/ou sub microniques de l’air.

Selon certains modes de réalisation, le filtre comprenant le voile et/ou la membrane est un filtre combiné permettant la filtration d'aérosols nano et/ou sub-microniques et la filtration anti-gaz.

La Figure 6 représente un demi-masque filtrant 60 comprenant un filtre 61 , des moyens de fixation du filtre au visage, et notamment une barrette de nez 62, une bride élastique 63, ainsi qu’une valve expiratoire 64 (optionnelle dans certaines configurations).

En référence à la Figure 7, le filtre 61 est constitué de trois couches : deux couches externes 72 et 73, l’une adaptée et destinée à être en contact avec le visage d’un utilisateur, l’autre adaptée et destinée à être en contact avec l’environnement extérieur ainsi qu’une couche médiane constituée par la membrane 30.

Exemples

Plusieurs mélanges d’un polymère fluoré dans des mélanges de solvants comprenant du DMSO ont été mis en œuvre.

Les polymères testés sont :

- un polymère P1 : PVDF, ayant un indice de fluidité à 230°C de 5,4 g/10 minutes sous une charge de 10 kg, selon la norme ASTM D1238-13 ;

- un polymère P2 : PVDF, ayant un indice de fluidité à 230°C de 8,5 g/10 minutes sous une charge de 10 kg, selon la norme ASTM D1238-13 ; et, - un polymère P3 : PVDF, ayant un indice de fluidité à 230°C de 2-6 g/10 minutes sous une charge de 12,5 kg (indiquée par la fiche technique du produit mais non mesurée).

Les véhicules liquide testés comprennent du DMSO et de la cyclopentanone, seul ou en mélange, en mélange éventuellement avec de l’acétate d’éthyle.

Le montage utilisé dans tous les exemples comprend un réacteur vertical de diamètre D (D=10cm), à double enveloppe, en verre, de 2 L de capacité maximale, muni d’un couvercle, au centre duquel passe un mobile d’agitation, connecté à un moteur.

La double enveloppe est reliée à un circuit de chauffage/refroidissement à l’aide d’un fluide caloporteur émanant d’un bain thermostaté. Le mobile d’agitation est de type quadripale à 2 étages.

Mise en œuvre de l’exemple 15

Du diméthylsulfoxyde, DMSO (Sigma Aldrich) (1440 g) a été introduit dans le réacteur à température ambiante (25°C). La consigne du bain thermostaté a été fixée à 50°, l’agitation a été mise en route à une vitesse de 200 tr/min et le système de condensation/reflux des vapeurs a été mis en fonctionnement.

Le polymère fluoré P1 (89 g), a été introduit sous forme de poudre en une seule fois dans le réacteur. L’indice de fluidité à l’état fondu, MFI, du polymère a été mesuré à 5,4 g/10 minutes à 230°C sous une charge de 10 kg, selon la norme ASTM D1238.

La vitesse d’agitation a été augmentée à 400 tr/min (vitesse en bout de pale de 1 ,05 m/s) une fois que tout le polymère a été introduit.

Une demi-heure après que tout le polymère a été introduit, la température de la consigne du bain thermostaté a été augmentée à 60°C et 160 g de Cyclopentanone (Sigma- Aldrich) ont été ajoutés dans le réacteur. L’ajout de Cyclopentanone semble favoriser la dissolution totale de la poudre.

Trois heures après la fin de l’introduction de la poudre et sous agitation continue, il a été observé à l’œil nu que le polymère était complètement dissous, formant une solution homogène sans trace de poudre résiduelle. La solution de polymère a été récupérée, à chaud, par vidange du réacteur. L’extrait sec de la solution est mesuré par gravimétrie dans une étuve ventilée, pour donner une valeur proche de la valeur théorique de 5% poids.

Les autres exemples présentés dans le tableau ci-dessous ont tous été mis en œuvre dans le même montage selon un mode opératoire analogue. En particulier, la température du bain thermostaté utilisée a toujours été de 60°C.

Tableau 1]

Les mélanges selon l’exemple 1 et l’exemple 2 ne forment pas de solution ou de dispersion homogène. Ils ne peuvent donc pas être utilisés dans les procédés selon l’invention.

L’exemple 16 ne fait pas partie non plus d’une solution utilisable dans l’invention puisque le véhicule liquide est constitué uniquement de DMSO.