INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Gradient Le polymère hydrosoluble selon l’invention est un polymère à gradient.
Selon le procédé de l’invention, le polymère hydrosoluble obtenu est formé par l’addition séquencée des monomères, autrement dit il s’agit d’un procédé à gradient forcé.
De préférence, au moins deux des fractions du procédé comprennent un monomère de nature différente.
Procédé de polymérisation Le procédé de polymérisation en séquence du polymère hydrosoluble selon l’invention comprend les étapes suivantes : a) formation d’une solution (S1) comprenant au moins une première fraction (F1) contenant (1) au moins un monomère de formule (AP) ou au moins un des monomères optionnels B et C et (2) au moins un composé choisi parmi les composés I et II ; b) polymérisation 1 (PO1) de la fraction F1 pour former une solution d’un premier prépolymère (PP1) ; c) ajout, à la solution comprenant PP1, d’une deuxième fraction (F2) contenant (1) au moins un monomère de formule (AP) ou au moins un des monomères optionnels B et C et (2) au moins un composé choisi parmi les composés I et II ; d) polymérisation 2 (PO2) de la fraction F2 sur PP1 pour former un deuxième prépolymère (PP2) ; e) ajout, à la solution comprenant PP2, d’une troisième fraction (F3) contenant (1) au moins un monomère de formule (AP) ou au moins un des monomères optionnels B et C et (2) au moins un composé choisi parmi les composés I et II ; f) polymérisation 3 (PO3) de la fraction F3 sur PP2 pour former une solution comprenant un polymère base ; g) hydrolyse partielle ou total du groupement amide -N(R 2 )-CO-R 1 du monomère de formule (AP) du polymère base afin d’obtenir le polymère hydrosoluble ; au moins une des fractions F1, F2 ou F3 contient au moins un monomère de formule (AP), au moins une des fractions F1, F2 ou F3 contient au moins un composé I et au moins une des fractions F1, F2 ou F3 contient au moins un composé II.
Ce procédé peut comprendre l’addition de fractions additionnelles, mais aucune après l’étape g) d’hydrolyse du polymère base.
Par « en séquence », on entend que la polymérisation des monomères du polymère base se fait en plusieurs fractions tout en n’étant pas interrompue, c’est-à-dire que l’ajout des fractions se fait de manière continue et que la polymérisation ne s’arrête pas. Les différentes étapes a) à f) sont donc réalisées successivement. Autrement dit, une première fraction de monomères peut être ajoutée en coulée et polymérise de manière à former un premier prépolymère PP1 qui continue de polymériser avec la fraction F2 pour former le prépolymère PP2, qui lui-même continue de polymériser avec la fraction F3 pour obtenir, en fin de polymérisation, le polymère base. Au moins une des fractions F1, F2 et F3 du procédé est différente des autres fractions. Préférentiellement, les fractions F1, F2 et F3 sont différentes L’ajout de différentes fractions lors du procédé de polymérisation permettait l’obtention d’un gradient dans la composition du polymère base.
L’hydrolyse de l’étape g) est avantageusement réalisée sur des polymères ayant des monomères de formule (AP).
Dans un mode préféré, le polymère hydrosoluble ne comprend pas de monomères anioniques autre que le composé I.
Dans un mode particulier, lorsque au moins un monomère anionique hydrophile est l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique, il peut être au moins partiellement sous sa forme hydratée. La forme hydratée de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique est une forme particulière de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique qu’il est possible d’obtenir par cristallisation contrôlée du monomère d’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique. Le document US 10,759,746 décrit comment obtenir la forme hydratée de l’acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique.
Dans un mode préféré, le polymère hydrosoluble ne comprend pas de monomère anionique hydrophile.
Monomères non ioniques hydrophiles distincts du monomère AP et du composé II
Avantageusement, le ou les monomères non ioniques hydrophiles pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention sont choisis, dans le groupe comprenant les monomères vinyliques solubles dans l’eau, comme l’acrylamide, le méthacrylamide, les N-alkylacrylamides, les N-alkylméthacrylamides, les esters alkoxylés de l’acide acrylique, les esters alkoxylés de l’acide méthacrylique, la N-vinylpyrrolidone, le N-méthylolacrylamide, le N-vinyl acétamide, le N-vinyl imidazole, le N-vinyl succinimide, l’acryloyl morpholine (ACMO), le chlorure d’acryloyl, le méthacrylate de glycidyle, le méthacrylate de glycéryle, la diacétone acrylamide, les hydroxyalkyl (méth)acrylates, les thioalkyl (méth)acrylate, les hydroxyalkylacrylates, les hydroxyalkyl méthacrylates, et leurs mélanges. Parmi ces monomères non ioniques, les groupes alkyles sont avantageusement en C 1 -C 5 , plus avantageusement en C 1 -C 3 . Il s’agit préférentiellement d’alkyles linéaires. Préférentiellement, le monomère non ionique est l’acrylamide.
Le polymère hydrosoluble selon l’invention comprend avantageusement entre 0 et 30 mol% de monomères non ioniques hydrophiles, préférentiellement moins de 20 mol%, plus préférentiellement moins de 10 mol%.
Dans un mode préféré, le polymère hydrosoluble ne comprend pas de monomères non ioniques autre que le ou les composés II.
Le polymère hydrosoluble peut être post hydrolysé. La post hydrolyse est la réaction du polymère après polymérisation. Cette étape consiste en la réaction de groupes fonctionnels hydrolysables de monomères avantageusement non ioniques, plus avantageusement les fonctions amide ou ester, avec un agent d’hydrolyse. Cet agent d’hydrolyse peut être une enzyme, une résine échangeuse d’ion, ou un métal alcalin. Préférentiellement, l’agent d’hydrolyse est une base de Brønsted. Durant cette étape de post-hydrolyse du polymère hydrosoluble, le nombre de fonctions acide carboxylique augmente. En effet, la réaction entre la base et les fonctions amides ou esters présentes dans le polymère hydrosoluble produit des groupes carboxylate.
Monomères zwittérioniques hydrophiles
Avantageusement, le ou les monomères zwittérioniques hydrophiles pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention sont choisis, notamment, parmi les dérivés d’un motif de type vinylique (avantageusement acrylamide, acrylique, allylique ou maléique), ce monomère possédant une fonction amine ou ammonium quaternaire et une fonction acide de type carboxylique (ou carboxylate), sulfonique (ou sulfonate) ou phosphorique (ou phosphate). Préférentiellement, ce monomère comprend une fonction amine ou ammonium quaternaire et une fonction acide de type carboxylique (ou carboxylate), sulfonique (ou sulfonate) ou phosphorique (ou phosphate). Les dérivés d’acrylate de diméthylaminoethyl, tels que 2-((2-9 (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, peuvent être mentionnés en particulier et d’une manière non limitante, le 3 - ((2- (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((2- (acryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, [2- (acryloyloxy) éthyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés de méthacrylate de diméthylaminoethyl tels que le 2 - ((2- (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3 - ((2- (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((2 - (méthacryloyloxy) éthyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [2- (méthacryloyloxy) éthyl] (diméthylammonio) acétate, les dérivés de propylacrylamide diméthylamino tels que le 2 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1- sulfonate, le 3 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) propane-1-sulfonate, le 4 - ((3-acrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate, le [3- (acryloyl) oxy) propyl] (diméthylammonio) acétate, le diméthylamino propyl méthylacrylamide, ou encore les dérivés tels que le 2 - ((3-méthacrylamidopropyl) diméthylammonio) éthane-1-sulfonate, le 3 - ((3-me diméthylammonio) propane-1-sulfonate 4 - ((3-methacrylamidopropyl) diméthylammonio) butane-1-sulfonate et le propyl [3- (méthacryloyloxy)] (diméthylammonio) acétate et leurs mélanges.
Le polymère hydrosoluble selon l’invention comprend avantageusement entre 0 et 30 mol% de monomères zwittérioniques hydrophiles, préférentiellement moins de 20 mol%, plus préférentiellement moins de 10 mol%.
Dans un mode préféré, le polymère hydrosoluble ne comprend pas de monomère zwittérionique.
Monomères hydrophobes
Avantageusement, le ou les monomères présentant un caractère hydrophobe pouvant être utilisés dans le cadre de l’invention peuvent être choisis, notamment, parmi les esters d’acide (méth)acrylique à chaîne alkyle, arylalkyle et/ou éthoxylée et/ou propoxylée ; les dérivés de (méth)acrylamide à chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle et/ou éthoxylée et/ou propoxylée ; des dérivés cationiques d’allyle ayant une chaîne alkyle, arylalkyle ou dialkyle et/ou une chaîne éthoxylée et/ou propoxylée ; des dérivés hydrophobes anioniques ou cationiques de (méth)acryloyle ; et des dérivés monomères anioniques ou cationiques de (méth)acrylamide portant une chaîne hydrophobe. Les monomères hydrophobes peuvent comprendre des atomes d’halogène, par exemple du chlore.
Parmi ces monomères hydrophobes : - les groupes alkyles sont de préférence en C 3 -C 20 , plus préférentiellement en C 3 -C 8 . Les alkyles en C 6 -C 20 sont de préférence des alkyles linéaires tandis que les alkyles en C 3 -C 5 sont de préférence ramifiés, - les groupes arylalkyles sont de préférence en C 7 -C 25 , plus préférablement en C 7 -C 15 , - les chaînes éthoxylées comprennent de préférence 6 à 100 groupes -CH 2 -CH 2 -O-, plus préférentiellement 10 à 40, - les chaînes propoxylées comprennent de préférence 1 à 50 groupes -CH 2 -CH 2 -CH 2 -O-, plus préférablement 1 à 20.
Des monomères préférés appartenant à ces classes sont, par exemple : - le (méth)acrylate de n-hexyle, le (méth)acrylate de n-octyle, le (méth)acrylamide d’octyle, le (méth)acrylate de lauryle, le (méth)acrylamide de lauryle, le (méth)acrylate de myristyle, le (méth)acrylamide de myristyle, le (méth)acrylate de pentadécyle, (méth)acrylamide de pentadécyle, (méth)acrylate de cétyle, (méth)acrylamide de cétyle, (méth)acrylate d’oléyle, (méth)acrylamide d’oléyle, (méth)acrylate d’érucyle, (méth)acrylamide d’érucyle, et leurs combinaisons. - les dérivés cationiques d’allyle ayant une formule (III) ou (IV) :
Dans le polymère hydrosoluble, le ratio massique entre le composé I et le composé II est avantageusement compris entre 0,01 et 100, préférentiellement entre 0,1 et 10.
Optionnel Le polymère hydrosoluble peut en outre comprendre au moins un agent de réticulation. Cet agent de réticulation peut être choisi parmi des monomères à insaturation polyéthylénique (ayant au minimum deux fonctions insaturées), comme par exemple les fonctions vinyliques, notamment allyliques, acryliques, ou parmi les monomères ayant au moins deux fonctions époxy. On peut citer par exemple le méthylène bis acrylamide (MBA), la triallyamine, le chlorure de tétraallylammonium, le 1,2 dihydroxyethylène bis-(N-acrylamide) et leurs mélanges. Préférentiellement, il s’agit de méthylène bis acrylamide (MBA).
La quantité d’agent de réticulation dans le polymère hydrosoluble est avantageusement comprise entre 5 et 5 000 ppm, par rapport au poids total des monomères de formule (AP) (+ optionnellement monomères B et C) du polymère hydrosoluble, plus préférentiellement entre 50 et 3 000 ppm.
Dans un mode particulier selon l’invention, le polymère hydrosoluble ne comprend pas d’agent de réticulation.
Le polymère hydrosoluble selon l’invention peut en outre comprendre au moins un agent de transfert, par exemple, choisi parmi le méthanol, l’alcool isopropylique, l’hypophosphite de sodium, le 2-mercaptoéthanol et leur mélange. Nous pouvons aussi citer les agents de transfert de type xanthate, dithiocarbonate, dithiocarbamate et trithiocarbonate et leurs mélanges, préférentiellement il s’agit de l’hypophosphite de sodium.
La quantité d’agent de transfert dans le polymère hydrosoluble est avantageusement comprise entre 10 et 10 000 ppm, par rapport au poids total des monomères de formule (AP) (+ optionnellement monomères B et C) du polymère hydrosoluble, plus préférentiellement entre 50 et 5 000 ppm.
Caractéristiques physiques du polymère base Le polymère base a un poids moléculaire moyen en poids avantageusement compris entre 50 000 et 25 000 000 g/mol, préférentiellement entre 75 000 et 15 000 000 g/mol, plus préférentiellement entre 100 000 et 10 000 000 g/mol. Il s’agit du poids moléculaire moyen en poids.
Le poids moléculaire moyen en poids est de préférence mesuré par chromatographie sur gel perméable (« Gel Permeation Chromatography » en anglais) couplée à un détecteur Malls.
La viscosité de la solution comprenant le polymère base est avantageusement comprise entre 100 et 50 000 cps, préférentiellement entre 1 000 et 20 000 cps.
Caractéristiques physiques du polymère hydrosoluble
Le polymère hydrosoluble a un poids moléculaire moyen en poids avantageusement compris entre 50 000 et 25 000 000 g/mol, préférentiellement entre 75 000 et 15 000 000 g/mol, plus préférentiellement entre 100 000 et 10 000 000 g/mol. Il s’agit du poids moléculaire moyen en poids.
Le polymère hydrosoluble est obtenu et utilisé sous forme liquide.
On peut également prévoir que, en présence de plusieurs dispositifs répartis sur plusieurs branches, chaque branche comprenant plusieurs dispositifs et étant reliée électriquement à l’électrolyseur ou à l’un au moins des électrolyseurs, on déconnecte au moins une des branches par rapport à l’électrolyseur ou à l’un au moins des électrolyseurs de sorte que la deuxième grandeur soit inférieure ou égale à la première grandeur.
Il s’agit d’une autre façon d'adapter la puissance fournie par le ou les panneaux aux capacités de l’électrolyseur en déconnectant le ou les dispositifs ou bien le ou les branches. Ainsi, le procédé permet d’augmenter le taux de charge au-dessus de 15% en comparaison avec une solution conventionnelle.
On peut prévoir également de déconnecter le ou les dispositifs ou la ou les branches correspondant à une fraction comprise entre 7% et 15% d’une capacité de production de puissance fournie par la totalité des dispositifs connectés à l’électrolyseur.
Ainsi, la fraction de cette capacité de production de puissance peut être calculée en fonction du nombre de dispositifs ou du nombre de branches. De plus, définir une telle fraction permet de maintenir au plus proche la deuxième grandeur de la première grandeur.
On peut prévoir aussi de connecter le ou chaque dispositif déconnecté ou la ou chaque branche déconnectée après une durée comprise entre 5 minutes et 20 minutes à compter de la déconnexion.
Ainsi, définir une telle durée contribue également à maintenir au plus proche la deuxième grandeur de la première grandeur.
On prévoit aussi selon l’invention une unité de commande comprenant un programme comprenant des instructions de code aptes à commander l’exécution d’un procédé selon l’invention lorsqu’il est exécuté sur un ordinateur.
On prévoit aussi selon l’invention une installation de production d’hydrogène comprenant :
- au moins un dispositif de conversion photovoltaïque ; et
- au moins un électrolyseur connecté électriquement au dispositif ;
l’installation (100) étant configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
Ainsi, le coût de production d’hydrogène vert diminue avec une telle installation. En effet, l’installation permet de contrôler des électrolyseurs d’une puissance significativement plus faible que la puissance du dispositif photovoltaïque.
On peut prévoir que le dispositif comprend au moins :
- une structure porteuse ; et
- un panneau photovoltaïque monté mobile par rapport à la structure porteuse.
On peut prévoir que l’installation de production d’hydrogène comprend plusieurs dispositifs et au moins un interrupteur adapté pour connecter ou déconnecter au moins l’un des dispositifs par rapport à l’électrolyseur, l’installation étant configurée pour commander l’ouverture et la fermeture du ou chaque interrupteur.
Il est particulièrement avantageux d’avoir une pièce de support 1 qui présente une rugosité supérieure à 5mm, de préférence comprise entre 6 et 15mm.
Le matériau de support permet de former un matériau poreux. La au moins une pièce de support 1 est réalisée dans un matériau poreux qui possède des pores transversant au moins selon la direction ZZ. Préférentiellement, la pièce de support 1 présente une porosité qui représentant entre 30% et 50% de la surface totale de la pièce de support 1.
La pièce de support 1 est en contact direct du renfort 2 et ils sont fixés l’un à l’autre par une interface de connexion qui s’étend continument sur toute la longueur du renfort, c’est-à-dire selon la direction XX et qui s’étend sur la majorité de l’épaisseur du renfort, par exemple sur au moins 75% de l’épaisseur de préférence au moins 90% voire 100% selon la direction ZZ. La surface de contact comprend au moins une paroi latérale 2a, c’est-à-dire la surface qui s’étend selon les directions ZZ et XX.
Afin d’assurer une bonne connexion mécanique, le renfort 2 et la pièce de support 1 possèdent des faces complémentaires. Le matériau de renfort s’introduit dans les cavités de surface du support poreux pour combler les cavités. De préférence, le matériau de renfort s’introduit dans le matériau de support sur une distance au moins égale à 3mm, préférentiellement au moins égale à 5mm, encore plus préférentiellement au moins égale à 1cm.
Lors de la formation d’un panneau de construction, il est avantageux de former préalablement la pièce de support 1 en matériau poreux puis de former le au moins un renfort 2. Lors de la formation du renfort 2, il est avantageux d’avoir un coulage d’un liant minéral. Le liant minéral pénètre à l’intérieur des cavités du matériau poreux ce qui fixe le au moins un renfort 2 avec la au moins une pièce de support 1.
Lors du coulage d’un liant minéral qui est un ciment ou un béton pour former le renfort 2, le béton est en mesure de s’insérer à l’intérieur de la pièce de support 1 sur une distance de plusieurs millimètres, par exemple au moins 5mm, de préférence au moins 10mm voire au moins 15mm. Un tel enfoncement dans la pièce de support 1 permet d’avoir une bonne cohésion mécanique entre le renfort 2 et la pièce de support 1. La pièce de support 1 forme au moins en partie le moule qui définit la forme du renfort 2.
Le au moins un renfort 2 possède sa plus grande dimension selon la direction longitudinale XX du panneau et il est en contact intime avec la pièce de support 1 sur la majorité ou la totalité de cette dimension. En fonction des performances recherchées pour le panneau, par exemple des performances mécaniques, thermiques, acoustiques et/ou sismiques, on choisira le meilleur compromis entre les dimensions du ou des pièces de supports 1 et les dimensions du ou des renforts 2, notamment selon la direction YY.
Le renfort 2 est réalisé dans un matériau de renfort comportant un liant minéral et une armature métallique 3. Le liant minéral est préférentiellement choisi parmi un ciment ou un béton. La composition du liant est adaptée aux performances mécaniques recherchées et aux dimensions des cavités présentes en surface de la pièce de support 1. Le renfort 2 comporte une armature métallique 3 ce qui permet d’améliorer les performances mécaniques du renfort 2. Le liant minéral peut éventuellement être associé à des particules d’un matériau végétal. La teneur volumique en particules de matériau végétal est inférieure à 20%. L’armature métallique s’étend selon la direction longitudinale. Le matériau de renfort pénètre dans les cavités du matériau formant la pièce de support 1. La limitation de la teneur en particules de matériau végétal permet de faciliter la pénétration du liant dans les cavités de la pièce de support 1 sur une distance importante. En alternative ou en complément, la longueur moyenne des particules en matériau végétale peut être au moins 30% faible que pour le matériau de support. Le liant peut comporter un épaississant ou un fluidifiant afin de mieux contrôler la distance de pénétration du liant dans les cavités. De préférence, le renfort 2 n’est pas poreux ou pas aussi poreux que la pièce de support 1. Avantageusement, la porosité est inférieure à 15%, préférentiellement inférieure à 10% après 28 jours de coulage.
La connexion mécanique entre le au moins un renfort 2 et la au moins une pièce de support 1 permet d’améliorer la résistance à la flexion de l’ensemble formé par la pièce de support 1 et le renfort 2 en comparaison d’une pièce de support 1 dépourvue du renfort 2. Le liant minéral du au moins un renfort 2 s’introduit dans les trous de la au moins une pièce de support 1 ce qui permet de former un renfort 2 et un support 1 qui possèdent des formes les plus complémentaires possibles sur une couche d’interface qui s’étend entre 5mm et 5cm, c’est-à-dire la profondeur de pénétration du matériau de renfort dans la pièce de support.
De manière privilégiée, le renfort 2 est au contact de deux pièces de support 1 qui sont séparées par le renfort 2 selon la direction YY ou d’une même pièce de support qui enrobe au moins partiellement le renfort sous la forme d’un U ou d’un anneau dans une observation selon la direction ZZ. Le renfort 2 possède deux parois latérales 2a opposées selon une direction transversale YY fixées chacune à une même pièce de support 1 de manière continue selon la direction longitudinale XX selon les mêmes modalités que précédemment. De telles couches d’interface permettent d’avoir un bon transfert des efforts entre le renfort 2 et le support 1 sans avoir à utiliser des connecteurs additionnels, par exemple des vis ou d’autres éléments métalliques. Cela permet également de simplifier la forme du renfort 2.
Le panneau de construction possède des parois terminales 4 qui sont formées par la au moins une pièce de support 1 au moins selon la direction XX et de préférence selon les directions XX et YY. En d’autres termes, la au moins une pièce de support 1 prolonge le au moins un renfort 2 à chaque extrémité selon la direction longitudinale XX. Le renfort 2 ne forme pas la paroi terminale du panneau de construction ce qui permet de former une couche qui est thermiquement plus isolante que le renfort 2 de manière à limiter la conduction thermique jusqu’au renfort 2 selon la direction longitudinale XX. L’utilisation des parois terminales 4 aux deux extrémités de la pièce de support 1 selon la direction longitudinale XX permet également d’avoir une meilleure adaptation des efforts entre le panneau de construction et ses points d’ancrage aux deux extrémités opposées selon la direction XX. Cela permet de privilégier la déformation des parois terminales 4 en matériau de support. Une telle déformation peut intervenir au fur et à mesure des évolutions de température tout au long de l’année, ou en réponse à une secousse sismique.
Les parois terminales 4 en matériau de support disposées au-delà de chaque renfort 2 selon la direction longitudinale XX possèdent une longueur avantageusement au moins égale à 3cm et préférentiellement inférieure à 20cm selon la direction XX. De manière préférentielle, les extrémités en matériau de support au-delà de chaque renfort 2 représentent moins de 5% de la longueur totale du panneau de construction.
Lorsque la teneur en particules végétales est trop faible, la rugosité de surface de la pièce de support 1 se rapproche de la rugosité de surface obtenue avec un béton, il en va sensiblement de même lorsque la longueur moyenne des particules devient trop faible, par exemple inférieure à 5mm. Lorsque la longueur moyenne des particules végétales devient trop importante, la résistance mécanique du matériau diminue.