BT³ Technologies Des Outils de Chimie Verte pour la Conception des Matériaux de Demain

Transcription

1 Des utils de Chimie Verte pour la Conception des Matériaux de Demain Daniel Samain BT3

2 Cahier des charges Bio- approvisionnement Propriétés d usage appropriées Barrière eau/graisse/gaz Composites thermoplastiques Procédés de mise en œuvre industrialisables et économiquement compétitifs Valorisation optimale des matériaux en fin de vie Transfert technologique possible Daniel Samain BT3

3 Bio-approvisionnement: La cellulose, une molécule douée e d intelligenced Cellulose bactérienne x Module de Young 80 GPa Cellulose de plante x200 Module de Young coton 5-15 GPa Daniel Samain BT3

4 Structure Moléculaire de la cellulose Polymère linéaire de D glucoses connectés par des liaisons 1->4 H H H H H H Structure supramoléculaire de la cellulose Une organisation biphasique avec des nanocristaux très fins de quelques nanomètres de large et jusqu à quelques microns de long, noyés dans une structure plus amorphe. Cellulose I «naturelle» arrangement parallèle des chaînes, structure très cristalline, très résistante. 100 Milliards de tonnes par an

5 Les Limitations de la cellulose -Caractère hydrophile (non barrière eau) -Instabilité dimensionnelle -Matériau fibreux donc intrinsèquement poreux ( non barrière gaz et graisse) -Non thermoplastique -Interface Fibres/ matrices polymériques médiocre Aujourd hui ces limitations imposent l association de la cellulose avec des polymères synthétiques qui compromettent sa biodégradation et sa recyclabilité. La mission de la St BT3 Technologies est de proposer des solutions pour prévenir ces limitations sans en apporter de nouvelles!

6 Barrières eau La chromatogénie Daniel Samain BT3

7 Les matériaux barrières res à l eau liquide: les modèles naturels Les cires hydrophobes utilisées par les oiseaux aquatiques comme les cygnes ou les canards sont constituées d ester d alcools et d acides gras à très longue chaîne Daniel Samain BT3

8 Les acides gras sont principalement présents dans la nature sous forme de triglycérides rides Daniel Samain BT3

9 Le greffage moléculaire : Substituer la liaison ester entre les H du glycérol et les acides gras par une liaison chimique directe entre les hydroxyles de la surface et les acides gras R C H R C Matériau composite R C H H R C H H H R C R C H H R C R C btention d un monomatériau Suppression de l hydrophilie intrinsèque du substrat R C R C

10 H + RCCl La réaction r de chromatogénie, un bilan bio-compatible Liaison ester CR + HCl + NaH Substrat hydrophile Chlorure d acide gras Substrat hydrophobe NaCl Le greffage d acides gras à la surface de matériaux hydroxylés comme les papiers et cartons conserve leur bio compatibilité et permet de leur conférer des propriétés barrières à l eau liquide intéressantes La chromatogénie est un procédé de chimie propre économiquement compétitif permettant de réaliser le greffage d acide gras en continu. Daniel Samain BT3

11 Barrières graisse et gaz Un nouveau concept: l expansion moléculaire sous contrainte Daniel Samain BT3

12 Les matériaux barrières res sont principalement obtenus avec des procédés s d enductiond Défauts nanométriques Substrat poreux Faible stabilité et présence de défauts couches épaisses

13 Le concept d éd étanchéité par expansion moléculaire sous contrainte Etape I : La contrainte, Attache des molécules sur le substrat

14 Le concept d éd étanchéité par expansion moléculaire sous contrainte Effet Barrière Epaisseur de 50 nm à 1µm Etape II: L Expansion moléculaire

15 composites Un nouvelle génération de matériaux composites, les composites cellulose/cellulose

16 Composites hybrides fibres de cellulose/matrices polymériques Nature hydrophile des fibres de cellulose/vs la nature hydrophobe des matrices polymériques Mauvaise qualité de l interface fibres/matrices faible résistance aux chocs Instabilité dimensionnelle des fibres en présence d eau Valorisation inadéquate des composites en fin de vie

17 Acétylation sélective s des zones amorphes et mise en forme thermoplastique Zones amorphes

18 Composite thermoplastique cellulose acétyl tylée e /acétate de cellulose Les macromolécules de cellulose sont partiellement organisées sous forme de chaînes de cellulose cristalline à l intérieur de la fibre et partiellement sous forme de chaînes d acétate de cellulose pendante à l extérieur de la fibre. Les chaînes d acétate pendantes sont associées étroitement avec des chaînes d acétate exogène avec qui elles partagent les mêmes propriétés.

19 Composites cellulose/cellulose Suppression de l instabilité dimensionnelle--- résistance chimique Grande amélioration de la qualité de l interface fibres/matrices- Très bonnes propriétés mécaniques Monomatériau à base de cellulose et d acide acétique --- cycle de vie

20 Industrialisation Prototype Industriel opérationnel depuis le Réactifs bio sourcés industriels Coût de traitement très compétitif Partenariat stratégique entre une start up de chimie verte, BT3 Technologies, et un centre d excellence disposant d une notoriété internationale, le Centre Technique du Papier à Grenoble

21 CTP-TekLiCell-A.Chézière