Des Outils de Chimie Verte pour la Conception des
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BT³ Technologies Des Outils de Chimie Verte pour la Conception des Matériaux de Demain Daniel Samain BT3 BT³ Technologies 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 BT³ Technologies Bio-approvisionnement: La cellulose, une molécule douée d’intelligence Cellulose bactérienne x 20.000 Cellulose de plante x200 Module de Young 80 GPa Module de Young coton 5-15 GPa Daniel Samain BT3 Structure Moléculaire de la cellulose BT³ Technologies Polymère linéaire de D glucoses connectés par des liaisons β 1->4 OH OH O HO O O OH O HO O OH 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 BT³ Technologies 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 ! BT³ Technologies Barrières eau La chromatogénie Daniel Samain BT3 BT³ Technologies Les matériaux barrières 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 Les acides gras sont principalement présents dans la nature sous forme de triglycérides BT³ Technologies Daniel Samain BT3 BT³ Technologies Le greffage moléculaire : Substituer la liaison ester entre les OH du glycérol et les acides gras par une liaison chimique directe entre les hydroxyles de la surface et les acides gras R R CO CO O R O OH R R CO CO O O OH H O O H OH CO O CO O R H OH Obtention d’un monomatériau Suppression de l’hydrophilie intrinsèque du substrat H R R R R CO Matériau composite CO O CO CO O O O La réaction de chromatogénie, un bilan bio-compatible BT³ Technologies OH + RCOCl Liaison ester OCOR + HCl + NaOH 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 BT³ Technologies Barrières graisse et gaz Un nouveau concept: l’expansion moléculaire sous contrainte Daniel Samain BT3 BT³ Technologies Les matériaux barrières sont principalement obtenus avec des procédés d’enduction Défauts nanométriques Substrat poreux Faible stabilité et présence de défauts couches épaisses Le concept d’étanchéité par expansion moléculaire sous contrainte BT³ Technologies Etape I : La contrainte, Attache des molécules sur le substrat BT³ Technologies Le concept d’étanchéité par expansion moléculaire sous contrainte Effet Barrière Epaisseur de 50 nm à 1µm Etape II: L’Expansion moléculaire BT³ Technologies composites Un nouvelle génération de matériaux composites, les composites cellulose/cellulose Composites hybrides fibres de cellulose/matrices polymériques BT³ Technologies 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 BT³ Technologies Acétylation sélective des zones amorphes et mise en forme thermoplastique Zones amorphes BT³ Technologies Composite thermoplastique cellulose acétylée /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. BT³ Technologies 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 BT³ Technologies Industrialisation Prototype Industriel opérationnel depuis le 16-10-2010 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 BT³ Technologies ©CTP-TekLiCell-A.Chézière www.bt3technologies.com
