WO1987007657A2 - Fil textile pour la confection d'une couche filtrante a base de charbon actif et utilisation de ce fil - Google Patents

Fil textile pour la confection d'une couche filtrante a base de charbon actif et utilisation de ce fil

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Definitions

  • the present invention relates to a textile yarn for the production of a filter layer based on activated carbon, and to a use of this yarn.
  • DE-Al-3,339,756 proposed to produce activated carbon fibers by coating a core of a high temperature resistant flexible material with a solution or a fused carbon substance which is then charred and activated. It is obvious that with such a solution, the mass ratio between the inert material of S e in mineral or metallic substance and the activated carbon gives an active surface per unit of mass extremely low. Moreover, the textile qualities of a yarn obtained with such fibers would be extremely poor both in terms of weight and flexibility of thread.
  • JP-A-59043134e in JP-A-59088940 has also been proposed in JP-A-59043134e in JP-A-59088940 to produce a wire with a ceramic or glass stainless steel core and unactivated carbon fibers based on acrylonitrile to form a fire resistant wire.
  • the core is itself formed by a yarn spun from glass or steel fibers. Since such a wire, when it is made of glass fibers, has already 83 Tex, given the specific weight of the steel, a corresponding wire made of steel fibers alone will have 250 Tex, which excludes use to form a Sme of a thread for forming a clothing fabric.
  • the object of the present invention is to overcome, at least in part, the disadvantages of the aforementioned solutions.
  • this invention relates to a textile yarn according to claim 1. It also relates to a use of this yarn according to claim 8.
  • Such a yarn has a high adsorptive capacity thanks to a large specific surface area.
  • the textile properties of the yarn make the fabric permeable to air and water vapor, thus permitting physiological exchanges so that such a fabric can be used to enter the confec ⁇ tion of protective clothing . It therefore appears that the textile yarn according to the invention does not only have the physical and mechanical properties These fibers are necessary for the manufacture of a fabric having a high adsoption capacity, but this yarn also has the textile properties inherent in a fabric intended for clothing.
  • the textile yarn is best able to meet the requirements for making a fabric having a large surface area and therefore a high adsorption power.
  • an inert element obviously capable of withstanding carbonization treatments and especially activation of cabonized fibers, c. that is, at temperatures of 800 ° -900 ° C in an oxidizing atmosphere.
  • These severe constraints exclude, for example, ordinary glass which does not withstand more than 600 ° C. They limit the range of useful filaments to materials such as stainless steel, boron, tungsten, inconel or silica. It is obvious that in this non-limitative list, but nevertheless limited according to the above-mentioned constraints, stainless steel is particularly advantageous in view of its price and the fact that it is capable of withstanding up to a temperature 1150 ° C in oxidizing atmosphere.
  • the following table gives different examples of son made according to the invention.
  • the parameters shown in this table refer to the wire before carbonization and activation.
  • the indications relating to the parameters measured after carbonization will be indicated later in relation to the fabric produced, given that the carbonization occurs after weaving the yarn.
  • Table 2 below provides additional information relating to the examples in Table 1 marked with an asterisk. The parameters indicated in this table were measured before carbonization.
  • the filament used to form the core consists of a W filament 13 ⁇ m in diameter on which boron is deposited by chemical decomposition of BCl ⁇
  • a similar proceg3U3 can be used to make the W / SiC filaments of Examples 5, 10, 15 and 20.
  • These indications come from "Encyclopedia of Chemical Technology” Kirk-Othmer third edition Volume 6 page 696 (John Wiley and Sons).
  • Given the low density of boron it is possible to produce more resistant filaments than carbon filaments and therefore steel, resistant to high temperatures and whose percentage by weight can be substantially reduced compared to steel stainless or inconel, as illustrated by Examples 14 and 15 in particular.
  • Considering the significant loss of mass of the organic fibers after carbonization it is possible, thanks to such filaments, to substantially lower the weight of the carbonized fabric.
  • the yarn of 250 Tex is woven very tight for example with a 12/12 weave fabric giving a fabric of about 610 g / m 2 q U i pass after charring and activation, at 280 g / m 2 when the yarn comprises 80% of organic fibers and a stainless steel core of 20%.
  • the resistance of this stainless steel core after the carbonization and activation treatments corresponds to more than 80% of the initial resistance.
  • the weight of the fabric after carbonization and activation can be less than at 200 g / m 2 with further improved strength.
  • the yarn is woven and carbonized, it is activated in oxy ⁇ dante atmosphere (carbon dioxide, water vapor in particular) at a temperature of 800 ° C - 900 ° C.
  • oxy ⁇ dante atmosphere carbon dioxide, water vapor in particular
  • the fibrous structure of the carbonized material obviously confers an optimum active surface area with active charcoal and therefore an incomparable filtering power with respect to the solutions proposed up to now.
  • This active surface in the examples given above is> 1500 m 2 / g, based on the weight of the yarn and taking into account the inert mass.
  • This active surface can be up to 2000 m 2 / g or even 3000 m 2 / g with W / SiC or W / B cores examples 14 and 15 representing only 5% of the weight of the wire before carbonization.
  • the presence of a metal core in the wire can provide a practical advantage in the desorption of activated carbon.
  • the thermal conductivity of this core allows a distribution of heat throughout the fabric. It is also possible to consider heating the fabric by induction of a heating current in the electrically conductive core for the regeneration of the activity of the product.
  • the fabric made from the yarn can be used in the field of gas filtration (filter air purification) or in liquid filtration (purification of water, recovery of recoverable products).
  • the use of the yarn which is the subject of the present invention is conceivable for the manufacture of protective clothing intended for any person who will be in an environment contaminated by toxic or contaminating substances with respect to the epidermis, this also being the case. good for industrial protective clothing, than for other civilian or military applications.
  • the textile properties of the yarn make it possible to make whole clothes likely to be worn without gene all day long.

Abstract

Ce fil textile comporte une âme inerte formée d'un mono-filament sans torsion axiale en un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une température > 800° C. Cette âme est entourée de fibres carbonisées et activées présentant, après activation, une surface spécifique rapportée au poids du fil > 1000 m2/g, la proportion de matériau inerte par rapport à la masse totale avant carbonisation et activation étant < 30 %.

Description

Fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif et utilisation de ce fil
La présente invention se rapporte à un fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif, et à une utilisation de ce fil.
Il a déjà été proposé diverses solutions pour réaliser des habits de protection incorporant du charbon actif apte à_ adsorber des substances nocives contaminant l'atmosphère.
C'est ainsi que l'on connaît des fils formés de différents matériaux organiques qui sent ensuite carbonisés puis activés. -De tels fils perdent cependant la quasi totalité de leur résistance mécanique, ce qui exclu leur utilisation pour la confection de tissus et par conséquent, d'habits de protection. Leur utilisation est donc limitée à la formation de couches filtrantes associées à un support apte à suppléer à leur manque de résis¬ tance mécanique.
Dans le domaine de l'habillement, deux types de supports de charbon actif ont été proposés, l'un est la mousse à pores ouverts imprégnée de charbon actif pulvérulent, l'autre est le non tissé également imprégné de charbon actif pulvérulent. L'inconvénient de la mousse est son épaisseur qui la rend beaucoup moins confortable qu'un textile. Par ailleurs, la surface spécifique du charbon actif, compte tenu de la présence du support inerte, est ramenée à 700-300 ^/ alors qu'elle est de l'ordre de 1500- 2000 m2/g pour les fibres de carbone. En ce qui concerne le non-tissé imprégné, l'inconfort provient de la raideur du matériau qui doit être calandre à chaud pour lui conférer une certaine résistance mécanique. En outre, la surface active du charbon actif ramenée au poids du non-tissé ne dépasse guère 400 m2/g, ce qui est encore plus faible que pour la mousse. .
D'autres solutions ont encore été proposées pour tenter de remédier à ces inconvénients. C'est ainsi que le DE-Al-3.339.756 a proposé de réaliser des fibres de charbon actif en enrobant une âme d'un matériau flexible résistant aux hautes températures d'une solution ou d'une substance carbo- nisabie fondue, qui est ensuite carbonisée et activée. Il est évident qu'avec une telle solution, le rapport de masse entre la matière inerte de l'S e en substance minérale ou métallique et le charbon actif donne une surface active par unité de masse extrêmement faible. Par ailleurs, les qualités textiles d'un fil obtenu avec de telles fibres seraient extrême¬ ment médiocres aussi bien du point de vue du poids que de la souplesse du fil.
Il a également été proposé dans le JP-A-59043134 e dans le JP-A- 59088940 de réaliser un fil avec une âme en acier inoxydable en céramique ou en verre et de fibres de carbone non activées à base d'acrylonitrile pour former un fil résistant au feu. Toutefois, dans ce cas, l'âme est formée elle-même par un fil filé à partir de fibres de verre ou d'acier. Etant donné qu'un tel fil, lorsqu'il est en fibres de verre a déjà 83 Tex, compte tenu du poids spécifique de l'acier, un fil correspondant en fibres d'acier aura à lui seul 250 Tex, ce qui en exclu l'utilisation pour former une Sme d'un fil destiné à former un tissu d'habillement. Or, si pour carboniser les fibres filées autour de l'âme, une âme de fibres de verre ordinaire est suffisante, cette âme ne résisterait par contre pas au trai¬ tement d'activation qui nécessite une température de 800-900°C en atmos¬ phère corrosive. Etant donné que, dans les solutions proposées par ces documents le fil est filé par la technique "open-end", il n'est pas possi¬ ble d'utiliser une âme formée d'un monofilament, seul un fil filé relative¬ ment gros, comme proposé par ce document, est susceptible de supporter la torsion induite par le filage, diminuant considérablement la surface spéci¬ fique active ramenée à la masse totale du fil.
Il apparaît donc qu'il n'existe à ce jour aucune solution satisfaisan¬ te permettant de réaliser un fil à base de fibres de charbon actif présen¬ tant une surface spécifique élevée, une résistance mécanique suffisante pour permettre de le confectionner et de l'utiliser. Un tel fil doit évi¬ demment rester dans la gamme des titres utilisables pour la confection de tissus entrant dans la confection de vêtements de protection, par exemple en tant que doublure. Ce titre est à considérer compte tenu d'une importan¬ te perte de masse après carbonisation et activation.
Le but de la présente invention est de remédier, au moins en partie, aux inconvénients des solutions susmentionnées.
A cet effet, cette invention a pour objet un fil textile selon la revendication 1. Elle a également pour objet une utilisation de ce fil selon la revendication 8.
Un tel fil présente un pouvoir adsorbant élevé grâce à une grande surface spécifique. Les propriétés textiles du fil rendent l'étoffe perméa¬ ble à l'air et à la vapeur d'eau, permettant ainsi les échanges physiologi¬ ques pour qu'une telle étoffe soit utilisable pour entrer dans la confec¬ tion de vêtements de protection. Il apparait donc que le fil textile selon l'invention ne présente pas seulement les propriétés physiques et mécani- ques nécessaires à la confection d'une étoffe comportant une capacité d'adsoption élevée, mais que ce fil présente de plus les propriétés tex¬ tiles inhérentes à une étoffe destinée à l'habillement.
Nous allons décrire ci-après, à titre d'exemple, différents modes de réalisation du fil textile objet de la présente invention.
Comme on l'a expliqué précédemment, le fil textile est le mieux à même de satisfaire aux exigences fixées pour la confection d'une étoffe présen¬ tant une grande surface spécifique et donc un grand pouvoir d'adsorption. Toutefois, compte tenu des mauvaises propriétés mécaniques des fibres de charbon actif, il s'avère nécessaire de renforcer un tel fil par un élément inerte, susceptible évidemment, de résister aux traitements de carbonisa¬ tion et surtout d'activation des fibres cabonisées, c'est-à-dire à des températures de 800° - 900°C en atmosphère oxydante. Ces contraintes sé¬ vères excluent par exemple le verre ordinaire qui ne résiste pas à plus de 600°C. Elles limitent la gamme des filaments utilisables à des matériaux tels que l'acier inoxydable, le bore, le tungstène, l'inconel ou la silice. Il est évident que dans cette liste non limitative, mais cependant limitée en fonction des contraintes susmentionnées, l'acier inoxydable est parti¬ culièrement intéressant compte tenu de son prix et du fait qu'il est sus¬ ceptible de résister jusqu'à une température de 1150°C en atmosphère oxy¬ dante.
Toutefois, étant donné son poids spécifique de l'ordre de 7,8, il est évident que la proportion d'acier en poids dans le fil risque de devenir rapidement importante, comme on l'a vu dans les solutions susmentionnées. Il est apparu que l'incorporation d'une telle âme, dans un fil textile destiné à l'habillement n'est acceptable que sous la forme d'un monofila¬ ment extrêmement fin. Une telle solution n'est réalisable que si le fil est filé sans induire de torsion axiale de l'âme qui serait évidemment incapa¬ ble de supporter une telle torsion, normalement appliquée à l'âme d'un fil armé, sans se rompre. Il est évident, dès lors, que les modes de filage classiques sur métier à anneau ou à extrémité libérée (open-end) sont exclus.
Il existe deux procédés de filage différents qui permettent de filer un fil autour d'une âme sans faire subir de torsion axiale à celle-ci. Un de ces procédés est appelé DREF et est mis en oeuvre par un métier à filer construit par la firme Fehrer. Ce procédé consiste à enrouler des fibres autour d'une âme. L'autre procédé existant est connu sous le nom de PARAFIL et est mis en oeuvre par un métier à filer construit par la firme Siissen. Ce procédé consiste à entourer une âme avec des fibres disposées longitudi- nalement et à les guiper à l'aide d'un filament formant une hélice à spires non jointives. Il est évident que dans le procédé PARAFIL, le filament de guipage doit également être réalisé dans un matériau susceptible de résis¬ ter aux températures d'activation des fibres de carbone susmentionnées. Toutefois, ce filament peut être choisi plus fin que celui de l'âme étant donné qu'il n'est pas destiné à participer à la résistance à la traction du fil.
Le tableau qui va suivre donne différents exemples de fils réalisés selon l'invention. Les paramètres indiqués dans ce tableau se rapportent au fil avant carbonisation et activation. Les indications relatives aux para¬ mètres mesurés après carbonisation seront indiqués par la suite en relation avec le tissu réalisé, compte tenu du fait que la carbonisation intervient après le tissage du fil.
T A B L E A U 1 (1ère partie)
Figure imgf000007_0001
T A B L E A U 1 (suite)
Figure imgf000008_0001
On trouvera dans le tableau 2 ci-dessous des informations complémen¬ taires relatives aux exemples du tableau 1 marqués d'un astérisque. Les paramètres indiqués dans ce tableau ont été mesurés avant carbonisation. T A B L E A U 2
Figure imgf000009_0001
Dans le cas des exemples 4,9,14 et 19, le filament utilisé pour former l'âme est constitué par un filament de W de 13 um de diamètre sur lequel du bore est déposé par décomposition chimique de BCl^ Un proceg3U3 analogue peut être utilisé pour réaliser les filaments W/SiC des exemples 5, 10, 15 et 20. Ces indications proviennent de "Encyclopedia of Chemical Technology" Kirk-Othmer troisième édition Volume 6 page 696 (John Wiley and Sons). Compte tenu de la faible densité du bore, il est possible de réaliser des filaments plus résistants que les filaments de carbone et donc d'acier, résistant à de hautes températures et dont le pourcentage en poids peut être sensiblement réduit par rapport à l'acier inoxydable ou à l'inconel, comme illustré par les exemples 14 et 15 en particulier. Compte tenu de la perte de masse importante des fibres organiques après carbonisation, il est possible, grâce à de tels filaments, d'abaisser sensiblement le poids du tissu carbonisé.
Pour prendre en considération cette importante perte de masse et de volume résultant de la carbonisation, le fil de 250 Tex est tissé très serré par exemple avec une armure toile 12/12 donnant un tissu d'environ 610 g/m2 qUi passe, après carbonisation et activation, à 280 g/m2 lorsque le fil comporte 80% de fibres organiques et une âme en inox de 20%. La résistance de cette âme inox après les traitements de carbonisation et d'activation correspond à plus de 80% de la résistance initiale. Dans le cas de l'utilisation de filaments de bore sur âme W dans une proportion de 5%, le poids du tissu après carbonisation et activation peut être inférieur a 200 g/m2 avec une résistance encore améliorée.
Une fois le fil tissé et carbonisé, il est activé en atmosphère oxy¬ dante (dioxyde de carbone, vapeur d'eau notamment) à une température de 800°C - 900°C.
La structure fibreuse du matériau carbonisé confère évidemment une surface active optimum au charbon actif et donc un pouvoir filtrant incom¬ parable par rapport aux solutions proposées jusqu'ci. Cette surface active, dans les exemples donnés ci-dessus est > 1500m2/g rapporté au poids du fil et en tenant compte de la masse inerte. Cette surface active peut s'élever à 2000 m2/g voire à 3000 m2/g avec des âmes W/SiC ou W/B des exemples 14 et 15 ne représentant que 5% du poids du fil avant carbonisation.
La présence d'une âme métallique dans le fil peut conférer un avantage pratique lors de la désorption du charbon actif. La conductibilité thermi¬ que de cette âme permet une répartition de la chaleur dans tout le tissu. Il est également possible d'envisager le chauffage du tissu par induction d'un courant de chauffage dans l'âme électriquement conductrice permettant la régénération de l'activité du produit.
Le tissu réalisé à partir du fil est utilisable dans le domaine de la filtration gazeuse (épuration de l'air par filtre) ou dans la filtration liquide (épuration de l'eau, récupération de produits valorisables) .
L'utilisation du fil objet de la présente invention est envisageable pour la confection d'habits de protection destinés à toute personne appelée à se trouver dans un environnement contaminé par des substances toxiques ou contaminantes vis-à-vis de l'épiderme, ceci aussi bien pour des habits de protection industriels, que pour d'autres applications civiles ou mili¬ taires. Les propriétés textiles du fil permettent de confectionner des habits entiers susceptibles d'être portés sans gène à longueur de journée.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1. Fil textile pour la confection d'une couche filtrante à base de charbon actif, caractérisé en ce qu'il comporte une âme inerte formée d'un mono-filament sans torsion axiale en un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une temérature > 800°C, cette âme étant entourée de fibres carbonisées et activées présentant, après activa¬ tion, une surface spécifique rapportée au poids du fil > 1000 m2/g, la proportion de matériau inerte par rapport à la masse totale avant carboni¬ sation et activation étant < 30%.
2. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau inorganique formant le mono-filament est conducteur de la chaleur et/ou de l'électricité.
3. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance de l'âme à la traction est > 10 N avant carbonisation et activa¬ tion.
4. Fil textile selon la revendication 3, caractérisé en ce que la résistance de l'âme à la traction après carbonisation et activation est > 80% à celle de cette même âme avant carbonisation et activation.
5. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont réalisées à partir de matériaux cellulosique, phénolique ou polymère et utilisées prises séparément ou en mélange.
6. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en- ce que les fibres sont disposées parallèles à l'âme et guipées par un mono-filament d'un matériau inorganique susceptible de résister à une atmosphère oxydante à une température > 800°C.
7. Fil textile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres sont enroulées autour de l'âme.
8. Utilisation du fil textile selon la revendication 1 pour réaliser un tissu filtrant, caractérisée en ce qu'on forme une étoffe à l'aide de ce fil avant carbonisation et activation des fibres qui entourent son âme et que l'on soumet ensuite cette étoffe au traitement de carbonisation et d'activation des fibres organiques entourant cette âme.
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