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CA 02672054 2009-06-09
WO 2008/110681 PCT/FR2008/000098
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Procédé de greffage par rayonnement ionisant au moyen d'une molécule
tensioactive réactive, substrat textile et séparateur de batterie obtenus par
greffage
L'invention concerne un procédé de greffage de groupements chimiques
fonctionnels sur un substrat textile, ainsi qu'un substrat textile et un
séparateur
de batterie greffés par mise en oeuvre d'un tel procédé.
L'invention s'applique notamment au greffage des substrats textiles de sorte à
leur conférer une fonction échangeuse d'ions. En particulier, l'invention
propose
un procédé de greffage d'un substrat textile bipolaire, c'est-à-dire
comprenant
une fonction échangeuse d'ions différente sur chacune de ses faces.
Les substrats textiles greffés suivant l'invention trouvent notamment leur
utilité
dans les domaines agro alimentaire, pharmaceutique, médical, énergétique,
biologique et environnemental. Par exemple, l'utilisation des substrats
textiles
échangeurs d'ions selon l'invention permet :
- d'augmenter la conductivité des solutions dans le but d'améliorer les
procédés de séparation par électrodialyse et les procédés
électrochimiques ;
- l'adoucissement de l'eau avec éventuellement une propriété
bactériostatique ;
- la fabrication de masques ou de vêtements de protection biologique à
propriété virucide ;
- l'électrodéionisation pour la production d'eau ultra pure ou pour la
déminéralisation de molécules après synthèse ;
- la réalisation de séparateurs de batteries ;
- l'élaboration d'un matériau indicateur de contamination spécifique à une
bactérie ou un virus donné à des fins de diagnostic ;
- le traitement des effluents industriels et de l'eau par procédé d'échange
en continu ou en discontinu et par procédé électromembranaire hybride
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combinant les membranes échangeuses d'ions et les substrats textiles
échangeurs d'ions.
Selon l'art antérieur, on connaît des procédés industriels de greffage par
voie
chimique dans lesquels des molécules sont fixées au substrat textile pour être
ensuite fonctionnalisées notamment par réactions en milieu acide ou basique.
En particulier, ces procédés présentent l'inconvénient de devoir être réalisés
en
solution organique et de nécessiter un chauffage. En outre, ces procédés ne
permettent pas de greffer une gamme importante de groupements chimiques
fonctionnels, au moins de façon simple et modulable en fonction de la nature
du
substrat textile.
Par ailleurs, après le greffage, la mise en oruvre des procédés connus pose le
problème de l'élimination du solvant et des substances chimiques non greffées
qui sont contenus dans le substrat textile, ainsi que le problème de leur
recyclage ultérieur.
Enfin, la réalisation d'un substrat textile bipolaire avec les procédés de
l'art
antérieur ne donne pas satisfaction, notamment relativement à la présence de
chacune des fonctions échangeuses d'ions sur une seule face.
L'invention a pour but de pallier les problèmes de l'art antérieur en
proposant un
procédé de greffage de groupements chimiques fonctionnels sur un substrat
textile qui soit particulièrement simple et modulable dans sa mise en aeuvre,
ledit procédé permettant en outre d'obtenir des substrats textiles bipolaires
de
qualité.
A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de
greffage de groupements chimiques fonctionnels sur un substrat textile, ledit
procédé prévoyant d'imprégner ledit substrat avec une solution d'une molécule
fonctionnelle comprenant le groupement chimique fonctionnel et un groupement
réactif sous rayonnement ionisant, ladite solution comprenant en outre une
molécule tensioactive qui est apte à améliorer la mouillabilité du substrat
textile
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par ladite solution, ladite molécule tensioactive comprenant au moins deux
types de groupements réactifs sous rayonnement ionisant, ledit procédé
prévoyant d'appliquer un rayonnement ionisant sur le substrat textile imprégné
pour, par réaction des groupements réactifs, assurer le greffage des molécules
fonctionnelles par pontage avec les molécules tensioactives.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un substrat textile dont au
moins
une surface est greffée avec des groupements chimiques fonctionnels, ledit
greffage étant réalisé par pontage avec une molécule tensioactive au moyen
d'un tel procédé.
Selon un troisième aspect, l'invention propose un séparateur de batterie
comprenant un substrat textile sur lequel sont greffées des groupements
suifoniques et des groupements phosphoriques et/ou carboxyliques, ledit
greffage étant réalisé par pontage avec au moins une molécule tensioactive au
moyen d'un tel procédé.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la
description qui suit de différents modes de réalisation particuliers.
L'invention concerne un procédé de greffage de groupements chimiques
fonctionnels sur un substrat textile, en particulier de groupements chimiques
fonctionnels aptes à échanger des cations ou des anions avec leur
environnement, notamment avec un milieu dans lequel le substrat textile est
disposé.
Le procédé prévoit d'imprégner le substrat textile avec une solution d'une
molécule fonctionnelle comprenant le groupement chimique fonctionnel et un
groupement réactif sous rayonnement ionisant. En fonction de la solubilité de
la
molécule fonctionnelle, la solution peut se présenter au moins partiellement
sous la forme d'une émulsion.
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Selon une réalisation, l'imprégnation est réalisée par foulardage, le substrat
textile imprégné étant séché préalablement à l'application du rayonnement
ionisant.
En particulier, les groupements réactifs peuvent comprendre une liaison
insaturée qui, sous l'effet du rayonnement ionisant, forme un radical libre
réactif. Dans des exemples de réalisation, les groupements réactifs sous
rayonnement ionisant sont choisis dans le groupe comprenant les groupements
hydroxyles, carboxyles, carbonyles, acrylates, méthacrylates, allyles, amines,
amides, imides, uréthanes.
Selon une réalisation, le groupement chimique échangeur de cations est choisi
dans le groupe comprenant les groupements sulfoniques, carboxyliques et
phosphoriques, le groupement chimique échangeur de cations étant choisi dans
le groupe comprenant les groupements amines et ammoniums.
A titre d'exemple, la molécule fonctionnelle est choisie dans le groupe
comprenant les sulfoalkyl méthacrylates (notamment le sulfopropyl
méthacrylate), les acrylates ou les méthacrylates alkyl carboxyliques
(notamment l'acide acrylique), les méthacrylates alkyl phosphoriques,
l'éthylène
glycol méthacrylate phosphate, les dialkylaminoalkyl méthacrylates (notamment
le diméthylaminoéthyl méthacrylate), les méthacrylatealkyl trialkyl ammonium
(notamment l'acryloxyéthyltriméthyl ammonium).
De façon avantageuse relativement à la mise en ceuvre et à l'écologie, le
solvant de la solution est de l'eau, par exemple la concentration en molécule
fonctionnelle est comprise entre 0,5 et 1 M. En outre, la solution peut
comprendre d'autres agents, notamment destinés à améliorer la solubilité des
molécules et/ou la stabilité de ladite solution.
Dans un mode de réalisation, le substrat textile est à base de fibres en
matériau
synthétique, notamment polyoléfinique, comme cela est fréquemment imposé
par les applications envisagées pour les substrats textiles greffés. A titre
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d'exemple, les fibres peuvent être en polypropylène, en polyéthylène, en
polyester, en polyvinyl alcool ou en polytétrafuoroéthylène (PTFE), ou un
mélange de ces différentes fibres.
Le substrat peut comprendre une nappe de non tissé, par exemple d'une
épaisseur comprise entre 0,2 et 5 mm et d'un poids compris entre 30 et 600
g/m2. En variante, le substrat textile peut être formé d'au moins une couche
tissée ou tricotée.
Le procédé de greffage selon l'invention peut également être mis en oeuvre
avec des substrats textiles en fibres naturelles, telles qu'en coton ou en
laine,
ou en fibres artificielles, telles qu'en viscose ou en cellulose.
Le procédé prévoit, pour améliorer la mouillabilité du substrat textile par la
solution, que ladite solution comprenne en outre une molécule tensioactive.
Ainsi, en améliorant l'affinité entre la solution et les fibres du substrat
textile, le
procédé permet de greffer des substrats textiles même lorsqu'ils sont à base
de
fibres synthétiques présentant une hydrophobie importante.
En particulier, la nature et la quantité des molécules tensioactives dans la
solution sont prévues pour que la tension de surface de la solution soit
analogue à celle des fibres. Ainsi, le substrat textile peut être imprégné
avec un
grand volume de solution, de sorte à augmenter la densité de groupements
chimiques fonctionnels qui sont greffés sur le substrat textile.
Par ailleurs, pour éviter l'élimination ultérieure de la molécule tensioactive
et
améliorer le greffage des groupements chimiques fonctionnels, les molécules
tensioactives utilisées comprennent au moins deux types de groupements
réactifs sous rayonnement ionisant, lesdits types pouvant être identiques ou
différents entre eux et identiques ou différents de celui de la molécule
fonctionnelle.
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Ainsi, par application d'un rayonnement ionisant sur le substrat textile
imprégné,
la réaction des groupements réactifs assure le greffage des molécules
fonctionnelles par pontage avec les molécules tensioactives. En effet, les
réactions des groupements réactifs permettent de relier les molécules
tensioactives aux fibres ou entre elles, ainsi que les molécules
fonctionnelles
aux molécules tensioactives ou directement aux fibres. Il se crée ainsi un
réseau entre les fibres, les molécules fonctionnelles et les molécules
tensioactives qui est particulièrement résistant relativement aux contraintes
chimiques et mécaniques que le substrat textile greffé aura à subir dans le
cadre de son utilisation.
Selon une réalisation, le rayonnement ionisant est bombardement électronique
dont la puissance et la durée peuvent être modulées pour activer les
groupements réactifs de façon optimale.
Par ailleurs, le procédé de greffage est particulièrement modulable en ce que
la
nature de la molécule tensioactive peut être choisie en fonction du substrat
textile, notamment en fonction de sa tension de surface, alors que la nature
de
la molécule fonctionnelle est choisie en fonction du groupement chimique
fonctionnel qui doit être greffé.
La molécule tensioactive peut être difonctionnelle en comprenant deux types de
groupements réactifs, par exemple la molécule tensioactive peut être choisie
dans le groupe comprenant les diacrylates, notamment les polyéthylènes
glycols diacrylates (PEG DA). En particulier, avec les fibres en PTFE, le
PEG600 DA est particulièrement satisfaisant et, avec les fibres en
polyéthylène
haute densité, l'utilisation du PEG200 DA donne satisfaction.
En variante, la molécule tensioactive peut être trifonctionnelle en comprenant
trois types de groupements réactifs, par exemple la molécule tensioactive peut
être choisie dans le groupe comprenant les triacrylates, notamment les
triméthylolpropanes triacrylates éthoxylés. En particulier, avec les fibres en
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polypropylène, le triméthylolpropane triacrylate éthoxylé 20 est
particulièrement
adapté.
Après l'application du rayonnement ionisant, le substrat textile peut être
lavé
puis séché ou subir d'autres traitements nécessaires à son utilisation
ultérieure.
En outre, préalablement au greffage, le substrat textile peut subir des
traitements particuliers, notamment pour améliorer sa cohésion et/ou sa
mouillabilité.
Selon une réalisation, la solution comprend deux molécules fonctionnelles
comprenant chacune un groupement chimique fonctionnel différent, l'application
du rayonnement ionisant étant agencée pour greffer chacun des groupements
chimiques fonctionnels sur respectivement une face du substrat textile. En
particulier, le procédé est agencé pour greffer le substrat textile sur une
profondeur déterminée de sorte à former une couche superficielle de matériau
greffée.
On obtient ainsi un substrat textile comprenant deux faces qui sont greffées
chacune avec un groupement chimique fonctionnel différent. En particulier, le
substrat textile peut présenter une face échangeuse d'anions et une face
échangeuse de cations.
Pour ce faire, le rayonnement ionisant est appliqué sur chacune des faces,
avec une épaisseur de pénétration dudit rayonnement qui est inférieure à
l'épaisseur du substrat textile. En particulier, l'application du rayonnement
peut
être réalisée en un passage de chaque coté du substrat textile et la puissance
du rayonnement ionisant est modulée pour obtenir l'épaisseur de pénétration
adéquate. Par exemple, le substrat textile peut être greffé sur une moitié de
son
épaisseur avec des groupements échangeurs d'anions, et sur l'autre moitié
avec des groupements échangeurs de cations.
Dans une application particulière envisagée, le procédé de greffage permet de
réaliser un séparateur de batterie comprenant un substrat textile, notamment
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formé d'une nappe de non tissé en fibres synthétiques, sur lequel sont
greffées
des groupements sulfoniques et des groupements phosphoriques et/ou
carboxyliques. Ainsi, le greffage est réalisé par pontage avec au moins une
molécule tensioactive tel que décrit ci-dessus.
En particulier, la batterie est du type nickel métal hydrure qui présente de
bonnes performances énergétiques mais possède le défaut de générer des ions
ammoniums lors des cycles de recharge / décharge. Or, les ions ammoniums
polluent les électrodes et diminuent donc le taux de recharge de la batterie.
Ainsi, l'autonomie de la batterie se trouve diminuée.
Le séparateur de batterie selon l'invention est remarquable en ce qu'il
intègre :
- par l'intermédiaire des groupements suifoniques, une fonction
d'amélioration de la puissance de la batterie en améliorant la
conductivité ;
- par l'intermédiaire des groupements phosphoriques et/ou carboxyliques,
la fonction de piégeage des ions ammoniums qui sont produit lors du
fonctionnement électrochimique de la batterie.
