synthèses, procédés: statégie labs/pme

AERES 9/12/2009

CEMES / LGC / LCC

MARION Technologies

GAIKER (Innobasque)

Nanomatériaux:

NPs + polymères

MNT ERANET- CRMP 2008-10

CEMES / LGC / LCC

MARION Technologies

CEMES / LGC / LCC

CEA LITEN

MARION Technologies

PROSYNANanomatériaux

Synthèse NPs

APRTT - CRMP 2006-7

PRONANOXNanopoudres oxydes

Optimisation procédés

ANR - RNMP 2006-8

CEMES / LGC / LCC

MARION Technologies

GAIKER (Innobasque)

Nanomatériaux:

NPs + polymères

MNT ERANET- CRMP 2008-10

CEMES / LGC / LCC

MARION Technologies

CEMES / LGC / LCC

CEA LITEN

MARION Technologies

PROSYNANanomatériaux

Synthèse NPs

APRTT - CRMP 2006-7

PRONANOXNanopoudres oxydes

Optimisation procédés

ANR - RNMP 2006-8

Synthèses, procédés: statégie labs/PME

jdexpert@cemes.fr

1. Project Description

The main objective of the project was the elaboration and the characterization of Nanocomposites made of a mineral nanopowder and of a plastic matrix.

1- Zincite (ZnO) nanopowder in polyethylene (PE) or polyamide (PA) matrix, investigated for their anti-microbian activity.

2- Boehmite (AlOOH) nanopowder in polyethylene (PE) or polyamide (PA) matrix, investigated as fire-retardants.

The nanopowders were elaborated by three laboratories (CEMES, LCC, LGC) and a company (MARION TECHNOLOGIES) in Midi Pyrénées.

The nanocomposites (nanopowder + plastic matrix) were elaborated by the Spanish partner (GAIKER technical center).

The characterizations of the applicative properties were made by GAIKER in relation with end users.

Procédés de Synthèse de Nanopoudres

Chemical Vapor Synthesis

CVS

Spray Pyrolysis

SP

Chemical Vapor Deposition

(FB)CVD

Test de 2 configurations : co-courant et contre-courant,

Une poudre de Zn est placée dans la barquette. La zone centrale est portée à 900°C, Zn s’évapore et est oxydé par l’oxygène de l’air.Une partie du ZnO produit se dépose sur la paroi du réacteur. Le rendement Y:

N. Reuge, R. Bacsa, Ph. Serp, B. CaussatJ. Phys. Chem. C2009,113,19845

Chemical Vapor Synthesis of ZnO

tétrapodes de ZnO obtenus : a) Co-courant, b) Contre-courantModélisation CFD (Fluent) : accord modèle/expérience le rendement est meilleur en configuration contre-courant

Chemical Vapor Synthesis of ZnO

Application possible: cellules solaires

R. BACSA, J. DEXPERT-GHYS, M. VERELST, A. FALQUI, B. MACHADO, W. BACSA, P. CHEN, S. ZAKEERUDDIN, M. GRAETZEL P. SERP Advanced Functional Materials, 19, 875-886 (2009)

Importance du facteur de forme:Meilleure efficacité (x2) des tétrapodes que celle des nanosphères(les deux morphologies par CVS)

Spray-Pyrolysis (SP) biphasic

C. Rossignol, G. Murat et al.

Production d’un aérosol de gouttelettes micrométriques (5μm) d’une solution de précurseurs dans gaz vecteurÉtapes successives (ou simultanées): précipitation des sels, cristallisation, différentes réactions de décomposition en phase solide et/ou fondue séparation de la phase solide du flux des gaz ///////////////////////////Élimination de la phase soluble

Modelling of Spray Pyrolysis – N. Reuge, B. Caussat, N. Joffin, J. Dexpert-Ghys, M. Verelst, H. Dexpert: AIChE Journal 54,2, 394-405 (2008)

GM 27

C. Rossignol, M. Verelst, J. Dexpert-Ghys, S.Rul.Advances in Science and Technology, vol 45, 237-

241(2006)

ZnO, sans φ parasiteDV50=560nm, X=18nmSBET=21m2/g

Spray-Pyrolysis (SP) synthesis of ZnO

Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition (FB)CVD

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.1 1 10 100 1000

Poudre bruteManip 1Manip 2Manip 3Manip 4Manip 5Manip 6

%Vol.

Diamètre (µm)

Varistances Intégrées sur SiliciumD. Tremouilles LAAS

core ZnO 500 – 1500 nm / shell Bi2O3 10 – 50 nm

N. Reuge, J. Dexpert-Ghys B. CaussatChemical Vapor Deposition Journal, 2010, 16, 123-126

-2,00E-09

0,00E+00

2,00E-09

4,00E-09

6,00E-09

8,00E-09

1,00E-08

1,20E-08

1,40E-08

0 50 100 150 200

I (A)

V (volts)

I=f(V)

Antimicrobial nanocomposite films

cultures bactériennes (St.aureus) à gauche: sansÀ droite: avec nanocomposite (PA/ZnO 95/5).

G. Droval, I. Arranberri, A. Bilbao, L. German, M. Verelst, J.Dexpert- Ghyse-polymers 2008, no 128 ISSN 1618-7229

– Nanocomposites 0-5%w/w ZnO par PA (GM27) /plastique

– Mélange à 200°C (LDPE) ou 250°C (PA6) 15 min

l’activité antibactérienne du ZnO par SP> ZnO par CVS

L’activité mesurée dépend de la matrice (meilleure dans PA que PE), et du type de germes: plus efficace contre E. coli que St. aureus, Pas d’activité notable contre A. Niger

Elaboration de composites et tests chez GAIKER Technical Centrum

Extension sur propriétés antibactériennes

COST action: Eco-sustainable Food PackagingBased on Polymer NanomaterialsChair: Dr Clara SilvestreCNR-Institut des Polymères Naples

Polymer Nanomaterials for Food Packaging

Improved PNFP:iPP:ZnOantibacterial

Le temps de combustion dans le composite AlOOH/LDPE est accru de 15% par raoort à LDPE seul.(4.5% pour AlOOH/PA par rapport à PA)

Nanocomposites presenting fire-resistant behaviour

Elaboration de composites et tests chez GAIKER Technical Centrum

G. Droval, I. Aranberri, J. Ballestero, M. Verelst, J. Dexpert-GhysFire Mater. (2010) Wiley Online Library (DOI: 10.1002/fam.1068)

Nanoparticules de boehmite AlOOH par Spray PyrolyseNanocomposites :mélange dans LDPE (250°C), PA6 (250°C)

LDPE PA6 Avec AlOOH/plastique =2% volume, 5% masseEffet sur résistance au feuClairement observé dans LDPE

Pour mémoire:

Coût total 1360 k€ APRTT + MNT-ERANet sur 4 ansavec 2 années de post-docs (G.Droval, N. Reuge)au sein d’ une équipe projet d’une vingtaine de chercheurs rattachés à plusieurs laboratoires, en lienavec deux entreprises Marion Technologies et Gaiker Technical CenterLes résultats obtenus avec les nanocomposites

à base de particules synthétisées par spray pyrolyse se développent aujourdhui au sein de la PME PYLOTE SAS créée à Toulouse fin 2008 à l’initiative de Loic Marchin et Marc Verelst. Elle emploie actuellement 7 ingénieurs sur le site de Safran-SME

Merci de votre attention

jdexpert@cemes.fr