Brevet FR2897281A1 — publié le 20070817

L'invention concerne un procédé de fabrication de composés énergétiques ou inertes. Plus précisément, il s'agit d'un procédé mettant en oeuvre une nanocristallisation. Ces nanocomposés doivent être solubles dans un solvant ou dispersables dans un fluide. Ce peut être des corps purs ou des mélanges. Les composés énergétiques sont, par exemple, des explosifs ou tout autre produit additif de systèmes propulsifs, compositions explosives ou systèmes pyrotechniques en général. Les composés inertes peuvent concerner le domaine pharmaceutique, le domaine des pigments, des encres, des produits phytosanitaires, ou tout autre domaine qui utilise des formulations à l'état nanométrique. Il existe actuellement différentes techniques de fabrication de nanocomposés, comme les techniques sol-gel. Cependant ces techniques ne permettent pas d'obtenir des quantités industrielles de produit et elles ne peuvent (être) 20 donner lieu à des fabrications en continu. Les produits que l'on cherche à fabriquer dans la présente invention sont actuellement obtenus à l'état micronisé. On propose un procédé de fabrication pouvant donner accès à des quantités industrielles de produits. Ce procédé permet 25 une synthèse des produits en continu. L'invention fait application essentiellement de deux processus physico-chimiques différents. Il s'agit de la pulvérisation d'une solution par ultra sons et de la séparation électrostatique des particules contenues 30 dans un gaz. Ces processus sont connus par ailleurs, mais n'ont pas été utilisés pour la fabrication de nanocomposés. Le procédé de l'invention met en jeu trois processus physico-chimiques utilisés de façon séparée par ailleurs et qui n'ont pas été appliqués à la fabrication de nanocomposés. L'invention a pour objet un procédé de fabrication en continu de composés purs ou de mélanges de composés solubles ou dispersables à l'état nanométrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a)génération de façon connue en soi, à l'aide d'une source à ultra sons d'un brouillard de gouttes d'un solvant ou agent de dispersion qui contient le composé pur ou le mélange de composés, b)vaporisation du solvant ou de l'agent de dispersion et formation de nanoparticules, c)capture des nanoparticules du mélange gazeux obtenu dans l'étape précédente par utilisation de façon connue en soi d'un séparateur électrostatique comportant deux électrodes. De manière avantageuse, l'étape a) est conduite dans un réacteur de brumisation possédant au moins une source à ultra sons ou dans plusieurs réacteurs fonctionnant en parallèle. La fréquence de fonctionnement de la source à ultra sons est adaptée à la taille de la goutte souhaitée. De préférence, la fréquence de fonctionnement de la source à ultra sons est comprise entre 100KHz et 50MHz. Le brouillard obtenu à l'issue de l'étape a) est poussé vers le haut par application d'un courant de gaz porteur. Le gaz porteur est soit pré-saturé en solvant ou en agent de dispersion à l'aide d'un réacteur de saturation thermostaté, soit non pré-saturé dans le cas où l'on réinjecte le mélange résiduel dans le système. Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur de brumisation est muni d'un dispositif de contrôle automatique du niveau de liquide au-dessus de la source à ultra sons. 3 Dans une variante de réalisation, le séparateur électrostatique est de forme cylindrique et comporte une électrode centrale constituée par un fil métallique de très faible diamètre et une électrode périphérique formée par une feuille métallique enroulée. Le séparateur électrostatique est maintenu à une température supérieure à la température de condensation du solvant ou de l'agent de dispersion, par exemple par l'intermédiaire d'une enceinte de thermostatisation. Le gaz porteur contenant le solvant ou l'agent de dispersion est refroidi dans un dispositif de condensation. Selon un mode de réalisation avantageux, le gaz porteur contenant le solvant ou l'agent de dispersion est réinjecté dans le système. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation non limitatifs ci-après. La figure 1 représente un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La solution 1 contenant un explosif dans un solvant est introduite dans le réacteur 2 muni d'une source à ultra sons 3 et d'un dispositif de contrôle du niveau de liquide 4. Le brouillard issu du réacteur est poussé vers le haut par application d'un courant de gaz porteur 5 et est conduit dans un four de vaporisation 6. Le gaz chargé de nanoparticules obtenu est dirigé vers un précipitateur électrique 7 qui a pour fonction de précipiter les nanoparticules. Les nanoparticules sont ensuite dirigées vers un condenseur 8 Le mélange initial constitué du solvant ou de l'agent de dispersion et du composé pur ou d'un mélange de composés est brumisé à l'aide d'une source à ultra sons. La fréquence de fonctionnement de cette source est adaptée à la taille de la goutte souhaitée. La brume ainsi formée est entraînée dans le conduit de brumisation par un gaz porteur qui peut être de l'azote. Ce gaz porteur est soit pré-saturé en solvant ou en agent de dispersion à l'aide d'un réacteur de saturation lui-même thermostaté, soit non pré-saturé, ou recyclé. Le réacteur de brumisation est muni d'un dispositif de contrôle automatique..Il est primordial pour un rendement optimal de la source à ultra sons en terme de débit, de maintenir ce niveau constant et de rajouter le solvant ou l'agent de dispersion et les composés en fonction du besoin. La brume est ensuite vaporisée dans un four, qui peut être constitué d'un tube de verre, de quartz, de métal ou tout autre dispositif chauffé soit par un enroulement électrique externe, soit par un chauffage interne ou tout autre dispositif permettant une vaporisation du solvant ou de l'agent de dispersion. Après vaporisation du solvant ou de l'agent de dispersion, le courant gazeux porte les particules du composé ou du mélange cristallisé vers le séparateur ou précipitateur électrique dont la forme est, par exemple, cylindrique. A titre d'exemple, on utilise un dispositif de symétrie cylindrique comportant une électrode centrale et une électrode métallique périphérique. L'électrode centrale peut être un fil métallique de faible diamètre et l'électrode périphérique une électrode de cuivre. La différence de potentielle entre les deux électrodes se situe entre 5 et 20 kV pour une distance d'environ 4 à 5 cm. Le précipitateur est maintenu, afin de favoriser l'évaporation résiduelle ou encore empêcher toute condensation, à une température supérieure à la température de condensation du solvant ou de l'agent de dispersion par une enceinte de thermostatisation chauffée, par exemple, par une résistance électrique et un ventilateur ou tout autre moyen de chauffage. Dès que les particules sont arrêtées sur les électrodes, le mélange porteur constitué par le gaz vecteur contenant le solvant ou l'agent de dispersion est ensuite dirigé vers un dispositif de condensation refroidi à l'eau ou à l'aide d'un fluide adapté à des températures plus basses. A la suite du condenseur, dans le cas où ce dernier est alimenté à l'eau, on prévoit également l'utilisation d'un piège à froid alimenté, par exemple, par de la neige carbonique, ce qui permet de condenser entièrement un solvant porteur tel que l'acétone. On a conçu un mode de réalisation plus élaboré, qui présente l'avantage de pouvoir fonctionner en système fermé et donc de lutter contre la toxicité potentielle de certains composés nanométriques, tout en étant plus économique, étant donné que le solvant ou l'agent de dispersion et le gaz porteur sont réutilisés. Ce mode de réalisation prévoit la réinjection du gaz porteur et du solvant ou agent de dispersion dans le système pour entraîner le nuage de brumisation initial. Exemple de réalisation : Dans un réacteur en métal dont le fond est muni d'une 25 céramique génératrice d'ultra sons, on introduit de l'acétone dans lequel est dissout de l'hexogène. La concentration du soluté dans le solvant est adaptée à la taille des grains souhaités et le réacteur est approvisionné en mélange de soluté et de solvant de manière continue. 30 La fréquence de la céramique est variable et peut être comprise entre 100 KHz et 50 MHz. Lorsque le générateur d'ultra sons est mis en marche, il se créé un nuage de fines gouttelettes d'acétone chargé en hexogène, qui est entraîné vers le haut par l'application d'un courant d'azote sec d'un débit adapté à la durée de parcours dans l'appareillage. Ce courant s'élève alors dans le réacteur métallique, puis 5 passe dans un four porté à une température supérieure à la température d'évaporation de l'acétone. Dans le reste du four, on a ensuite un mélange gazeux d'azote et de vapeur d'acétone qui se propage en portant les particules de taille nanométrique de l'hexogène cristallisé 10 qu'il reste ensuite à capturer. La capture est réalisée grâce à un précipitateur électrostatique cylindrique constitué de deux électrodes. L'une est un fil métallique central, l'autre est constituée d'une électrode métallique périphérique. 15 En appliquant une tension électrique de l'ordre de 10kV, les particules nanométriques se déposent dans le précipitateur. D'autres composés énergétiques sous forme nanométrique comme la pentrite (PETN) ou encore des matrices composites nanostructurées comme les poudres propulsives ont été obtenus 20 à l'aide de ce procédé. Les solvants utilisés sont par exemple l'acétone, la cyclohexanone, le xylène. Les agents de dispersion sont par exemple différents hydrocarbures comme l'hexane, l'heptane, voire l'eau. La figure 2 représente les grains de l'explosif initialement 25 dissout dans le mélange à brumiser. La taille des grains est comprise entre 5 et 50 microns. La figure 3 représente les grains d'explosif à l'état nanométrique fabriqués selon le procédé de l'invention en partant d'une concentration donnée de l'explosif dans le 30 solvant. Les grains obtenus ont une taille comprise entre 20 et 60 nanomètres. REVENDICATIONS 1-Procédé de fabrication en continu de composés purs ou de mélanges de composés solubles ou dispersables à l'état nanométrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes . a)génération de façon connue en soi, à l'aide d'une source à ultra sons d'un brouillard de gouttes d'un 10 solvant ou agent de dispersion qui contient le composé pur ou le mélange de composés, b)vaporisation du solvant ou de l'agent de dispersion et formation des nanoparticules, c)capture des nanoparticules du mélange gazeux obtenu 15 dans l'étape précédente par utilisation de façon connue en soi d'un séparateur électrostatique comportant deux électrodes. 2-Procédé de fabrication selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que l'étape a) est conduite dans un réacteur de brumisation possédant au moins une source à ultra sons ou dans plusieurs réacteurs fonctionnant en parallèle, et en ce que la fréquence de fonctionnement de la source à ultra sons est adaptée à la taille de la goutte 25 souhaitée. 3-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement de la source à ultra sons est comprise entre 100KHz et 50MHz. 30 4-Procédé selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le brouillard obtenu à l'issue de l'étape a) est poussé par application d'un courant de gaz porteur. 5-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz porteur est pré-saturé en solvant ou en agent de dispersion à l'aide d'un réacteur de saturation thermostaté. 6-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réacteur de brumisation est muni d'un dispositif de contrôle automatique du niveau de liquide résiduel au-dessus de la source à ultra sons. 7-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séparateur électrostatique est de forme cylindrique et comporte une électrode centrale constituée par un fil métallique de faible diamètre et une électrode périphérique. 8-Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le séparateur électrostatique est maintenu à une température supérieure à la température de condensation du solvant ou de l'agent de dispersion. 9-Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le 25 gaz porteur contenant le solvant ou l'agent de dispersion est refroidi dans un dispositif de condensation. 10-Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz porteur recyclé contenant ou non une quantité de 30 solvant ou d'agent de dispersion est réinjecté dans le système.