INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Pour la synthèse du prépolymère PDMS urée ( ), le rapport [NH 2 ]/[NCO] est de 0,95. Ainsi, la masse molaire théorique du prépolymère est de 93 000 g.mol -1 .
Expérimentalement, 50 g de PDMS end NH2 ont été placés dans un ballon tricol de 100 mL sous flux d’azote à température ambiante. L’ajout du diisocyanate se fait directement dans le PDMS à l’aide d’une seringue sous vive agitation mécanique. Lors de certains essais de montée en échelle, des produits non homogènes présentant des gradients de viscosité ont été constatés. Considérant que ceci est vraisemblablement dû à l’importante réactivité entre les amines primaires et les isocyanates, un faible volume de THF a été ajouté au diisocyanate, afin de diminuer cette réactivité ce volume ne représentant pas plus de 5 % en masse de précurseurs. Ainsi, une addition progressive de la solution THF/HDI (~50/50 en volume) permet une réaction « contrôlée ». La prise en masse est de l’ordre de la minute et l’agitation mécanique n’est alors plus efficiente. Le milieu est ensuite placé à une température de 150 °C pour fondre, abaisser la viscosité du produit et s’assurer d’une conversion maximale.
La conversion des amines primaires en urée est finalement contrôlée par RMN 1 H. Cette analyse permet d’observer l’élimination du THF introduit plus tôt.
ème étape : Addition du polyamide>
Le mélange réactionnel étant déjà placé à une température supérieure la T f du polyamide utilisé (T f = 130 °C), l’addition du PA peut se faire directement sous agitation. Le milieu s’opacifie et blanchit en quelques minutes. Le produit a ensuite pu être mis en forme pour obtenir des films d’environ 0,5 et 1 mm d’épaisseur. Cette mise en forme a été réalisée dans un moule en silicone en laissant s’écouler le produit à une température de 150 °C.
Lors du passage d’une synthèse de 2 à 50 g du copolymère PA-b-PDMS urée -b-PA, l’importante réactivité du système engendre une prise en masse soudaine qui a été contrôlée avec l’utilisation d’une faible quantité de solvant (moins de 5% en poids). Cependant, ce solvant disparaît très rapidement (confirmation par RMN). Les temps de réaction, de l’ordre de la minute à la dizaine de minutes, sont courts. Un protocole de suivi de la 2 ème étape de la réaction devra être développé pour l’obtention d’un temps de réaction plus précis. Cette expérience confirme que la montée en échelle est aisée et pourrait notamment être envisagée en extrusion réactive.
Les propriétés mécaniques du matériau ont été étudiées par rhéologie et test de traction, les propriétés thermiques par DSC.
Les mesures présentées ont été réalisées entre -75 et 150°C. Les thermogrammes présentés correspondent à la seconde chauffe du matériau.
L’analyse DSC du prépolymère PDMS terminé isocyanate est présentée sur la . On peut y observer la température de fusion caractéristique des groupements urée du prépolymère, aux alentours de 25 °C.
Après la 2 ème étape de synthèse, l’ajout du polyamide, la température de fusion du PA peut être observée à 130 °C ( ).
Pour les analyses en rhéologie, le matériau est placé à température ambiante et directement fondu à 150 °C pour venir s’adapter à la géométrie plan-plan de 8 mm. Après analyse des modules au cours du refroidissement, les modules de stockage et de perte sont mesurés durant une chauffe de 25 à 150 °C avec une rampe de 1.3 °C.min -1 (γ = 5% et ω = 10 rad.s -1 ) et presentés sur la .
Dans le cas de couches de séparation présentant une épaisseur de quelques dizaines de µm, la séparation peut être réalisé par sciage à fil. Une couche de séparation en carbone ou graphite est beaucoup plus facile à scier qu’un substrat massif en p-SiC. Des résidus de la couche de séparation peuvent être retirés par combustion totale ou partielle, et/ou meulage.
En fonction du dopage des couches de p-SiC, on peut également envisager une découpe par laser. Par exemple, on peut choisir un laser présentant une longueur d’onde à laquelle les couches de séparation sont opaques tandis que les couches de p-SiC sont transparentes et ainsi enlever uniquement les couches de séparation par une irradiation par un tel laser.
Dans le cas de couches de séparation en silicium, on peut envisager des épaisseurs par exemple comprises entre quelques dizaines de nanomètres jusqu’à environ 1 µm. Pour retirer des couches de séparation en silicium, la structure multicouche peut être placée dans un bain d’hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAH) ou d’hydroxyde de tétraéthylammonium (TEAH) pour dissoudre le silicium. Cette étape est de préférence réalisée après le retrait du substrat support temporaire par combustion. Quand les couches de séparation sont en silicium, il est préférable de limiter la température des étapes de CVD à une température inférieure à la température de fusion du silicium qui est de 1414°C.
Dans d’autres modes de réalisation, les couches de séparation peuvent être en nitrure de silicium (SiN). Dans ce cas, l’épaisseur des couches de séparation est de préférence comprise entre quelques dizaines de nanomètres et environ 1 µm. Pour retirer des couches de séparation en nitrure de silicium, la structure multicouche peut être placée dans un bain d’acide phosphorique H 3 PO 4 pour dissoudre le SiN et séparer les substrats de p-SiC. Cette étape est de préférence réalisée après le retrait du substrat support temporaire par combustion.
Des couches de séparation en carbone, graphite ou silicium présentent l’avantage que ces matériaux sont déjà présents dans une enceinte de dépôt CVD dans laquelle on dépose les couches de carbure de silicium. On évite donc tout élément supplémentaire dans une telle enceinte, limitant ainsi la contamination de l’enceinte de dépôt et des substrats à fabriquer. Quand les couches de p-SiC sont dopées par de l’azote, cet élément doit également être présent dans l’enceinte de dépôt. Dans ce cas, l’avantage d’éviter une contamination s’applique également aux couches de séparation de nitrure de silicium.
Utilisation des substrats de p-SiC En référence aux figures 7 à 9, on peut utiliser les substrats de p-SiC pour la fabrication de substrats pour former des composants électroniques. Des tels substrats comportant à leur surface une couche d’un matériau monocristallin tel que le carbure de silicium monocristallin (m-SiC), le nitrure de gallium (GaN), l’oxyde de Gallium (Ga 2 O 3 ) ou le diamant.
Après le lissage de la face avant d’un substrat de p-SiC fabriqué par le procédé décrit ci-dessus, on peut procéder ou non à des étapes supplémentaires de préparation de la surface pour le transfert d’une couche monocristalline. On transfère ensuite une couche d’un matériau monocristallin sur la face avant du substrat de p-SiC.
A cet effet, on met à disposition un substrat donneur 400 en ledit matériau monocristallin. En référence à la , comme schématisé par les flèches, on met en œuvre une implantation d’espèces ioniques dans le substrat donneur 400. Les espèces ioniques sont par exemple de l’hydrogène et/ou de l’hélium. On crée ainsi une zone de fragilisation 41 définissant une couche monocristalline 40 à transférer.
En référence à la , on colle le substrat donneur 400 ainsi implanté sur le substrat 200 de p-SiC. Le collage peut être réalisé par une mise en contact direct ou par l’intermédiaire d’une ou plusieurs couches, par exemple en un oxyde tel que le dioxyde de silicium, des métaux, par exemple le titane ou le tungstène, et/ou des semiconducteurs ou métalloïdes, par exemple du silicium amorphe ou cristallin, du SiC. Dans l'un ou l'autre cas, il peut être prévu d'activer une ou les deux surface(s), notamment par plasma ou bombardement ionique, pour y faire apparaître des liaisons pendantes avant mise en contact des surfaces à coller.
En référence à la , on détache le substrat donneur 400 le long de la zone de fragilisation 41, ce qui conduit au transfert de la couche monocristalline 40 sur le substrat de p-SiC 200 de base. L’initiation du détachement peut être réalisée au moyen d’un traitement thermique. On peut ensuite mettre en œuvre un traitement de finition de la couche transférée, de sorte à guérir les défauts liés à l’implantation et à lisser la surface libre de ladite couche.
Structure thermo-photovoltaïque, pour températures ambiante et élevées, à empilement de cellules thermo-photovoltaïques dont une face d’extrémité est revêtue d’un matériau radiatif, Plaque et Module thermo-photovoltaïque associés. La présente invention concerne le domaine thermo-photovoltaïque, c’est-à-dire le domaine de la conversion de chaleur directement en électricité.
Elle vise à améliorer les solutions thermo-voltaïques existantes en augmentant significativement le rendement des panneaux photovoltaïques actuels ou en générant de l’électricité par conversion directe de la chaleur d’un milieu environnemental.
Il est connu des cellules photovoltaïques convertissant le rayonnement solaire en électricité. Plus précisément, les cellules photovoltaïques, convertissent l’énergie des ondes électro-magnétiques en électricité en profitant d’une part de l’ambivalence des matériaux semi-conducteurs au sein des quels les électrons de couches basses sont promus vers la bande de conduction sous l’effet d’un éclairage par des photons d’énergie suffisante, et d’autre part de la juxtaposition de tels matériaux, dopés d’une part positivement, d’autre part négativement, ces dopages permettant l’établissement d’une différence de potentiel en l’absence de tout éclairage entre eux mais permettant lors de leur illumination le mouvement des électrons apparus dans la bande conductrice, vers le matériau dopé négativement.
Ainsi, l’inconvénient majeur des cellules photovoltaïques est qu’elles ne fonctionnent que le jour, i.e. en présence du rayonnement solaire.
Contrairement au photovoltaïque classique qui convertit directement des photons en électrons, il existe des cellules thermo-photovoltaïques convertissant un rayonnement électromagnétique émis dans l’infrarouge en électricité : [1] . En d’autres termes, elles convertissent la chaleur en électricité. L’inconvénient majeur des cellules thermo-photovoltaïques connues est qu’elles convertissent les rayonnements infra-rouges proches typiquement obtenus par de hautes températures de l’ordre de 10000°C ou par en provenance du soleil. De plus, ces chaleurs élevées ne permettent pas l’utilisation de cellules thermo- photovoltaïques organiques.
En effet, pour la réalisation de ces cellules on utilise la plupart du temps comme matériau semi-conducteur du Silicium. D’autres matériaux ont déjà été mis en œuvre, comme l’arséniure de Gallium GaAs, l’arséniure de Gallium-Indium GaInAs, le phosphure d'aluminium-gallium-indium AlGaInP, ou des polymères semi-conducteurs dont la grande diversité permet de choisir la largeur de bande interdite appelée gap, qui est la différence de niveau énergétique entre la bande conductrice et la bande de valence qui correspond aussi à l’énergie minimum des photons requise pour générer un courant électrique. Pour les infrarouges proches et moyens on peut utiliser un alliage d’Indium gallium arsénide antimonide In x Ga 1−x As y Sb 1−y dont la bande interdite varie entre 0,5eV et 0,6eV selon les valeurs de x et y . Cependant les longueurs d’ondes infra-rouges émis par les corps noirs à températures ambiantes ont une énergie principalement comprise entre un vingtième d’électron volt et un demi-électron volt correspondent rarement à des gaps directs des semi-conducteurs qui sont de l’ordre de l’électron volt.
La température de transition de phase sol/liq est mesurée à environ 116 °C. A 25 °C, le module de conservation présente une valeur de 412 kPa. Ces deux résultats sont comme attendus supérieurs à ceux obtenus lors de synthèses avec un précurseur PDMS end NH2 de plus grande masse molaire. En effet, l’augmentation de la concentration en groupement urée entraîne un accroissement des interactions hydrogènes inter et intramoléculaires et donc une augmentation des modules et de la stabilité thermique.
L’absence d’augmentation de module à haute température suggère une réaction totale durant la synthèse en ballon. Ce résultat est également en accord avec l’aspect macroscopique du matériau, celui-ci ne présentant pas un aspect « collant ».
Les mesures du module d’élasticité (E’) et de l’allongement à la rupture ont pu être réalisées par test de traction. Pour ce faire, une déformation à vitesse constante a été appliquée sur 6 échantillons découpés à l’emporte-pièce en forme de « dogbone ». Les résultats obtenus sont reproductibles et uniquement la mesure avec le plus important allongement à la rupture est représentée sur la .
L’analyse en traction du système PA-b-PDMS urée -b-PA montre un comportement typique d’un solide élastique à faible déformation. Il est donc possible de déterminer une valeur de module d’élasticité, E’ = 108 kPa, à partir du domaine linéaire. Le matériau présente un allongement à la rupture de 44 %.
urée éth. -b-PA>
Les systèmes PA-b-PDMS urée -b-PA montrent un fort potentiel, mais néanmoins il est toujours possible de tenter d’améliorer les propriétés mécaniques des systèmes conçus en jouant sur la nature des liaisons créées entre le PDMS et l’espaceur. Le remplacement du PDMS end NH2 par un PDMS end NH permet ainsi d’obtenir des groupements urée éthylée et de diminuer les interactions inter et intramoléculaires par encombrement du groupement.
Dans ce qui suit, le polyamide 6-11 est utilisé en tant que polymère semi cristallin. Le schéma réactionnel de la synthèse en deux étapes de PA-b-PDMS urée éth. -b-PA est représenté sur la .
Le PDMS end NH utilisé ici est fourni par Gelest (DMS-A214) et présente une masse molaire de 1900 g.mol -1 .
Les conditions expérimentales pour la synthèse de ce type de triblocs sont identiques à celles présentées lors de la synthèse des systèmes PA-b-PDMS urée -b-PA. L’ensemble des quantités de matière employé est énoncé dans le Tableau 8.
Echantillon r = (n NH /n NCO ) m HDI g m PDMSend NH g m PA6-11 g % en poids PA 6-11 PA-b-PDMS urée éth . -b-PA 0,95 0,3371 3,5924 0,5737 12,7
Le Tableau 8 présente des données expérimentales de la synthèse du système PA-b-PDMS urée éth. -b-PA
La 1 ère étape de synthèse consiste à synthétiser un prépolymère urée éthylée terminé à chaque extrémité par une fonction isocyanate. L’analyse RMN 1 H permet d’observer la conversion totale des amines primaires et de contrôler la présence des isocyanates en fin de chaînes. Lorsque le produit obtenu a pris en masse et est homogène, la réaction est considérée comme terminée et le produit est alors chauffé à 150 °C pour pouvoir introduire le polyamide.
Le polyamide est ajouté directement dans le milieu réactionnel sous agitation. Le milieu s’opacifie et blanchit rapidement. Le matériau blanc obtenu présente un comportement mécanique à la frontière du liquide et du solide et une adhésion particulièrement forte pour le verre ou bien le métal. Il faut noter l’importante fraction massique en polyamide de 12,7 % en poids. Cette différence est liée à la faible masse molaire du précurseur PDMS end NH .
L’analyse thermique par DSC du matériau PA-b-PDMS urée éth. -b-PA est représentée sur la . Sur cette figure est présente le cycle de refroidissement suivi du second cycle de chauffe.
Sur ce thermogramme, on peut observer la température de transition vitreuse du PDMS à la température de -120 °C. Cette température est proche de la valeur de référence des PDMS utilisés dans cette étude (-123,5 °C). Une analyse du précurseur PDMS end NH permettra de conclure quant à la différence de valeurs de T g .
Le pic endothermique de fusion et le pic exothermique de cristallisation du polyamide sont bien présents à des températures de 129 (T f PA ) et 108°C (T c PA ). Ces valeurs sont conformes aux valeurs attendues et déjà observées. A partir de la valeur d’enthalpie de fusion, ΔH f PA = 3,71 J.g -1 , il est possible d’accéder au taux de cristallinité de la phase polyamide, χ PA = 12,2 %. Ce taux est supérieur à celui obtenu sur les systèmes PA-b-PDMS urée -b-PA (χ PA = 10,5 %) et donc plus proche de la cristallinité du PA seul (χ PA = 19,0 %) . Ce résultat indique une séparation de phase plus marquée avec l’utilisation de groupement urée éthylée.
Ainsi le refroidissement d'un volume d'air d'un mètre cube d'air de 80° saturé d'eau à 20° produit la condensation d'environ 1/4l d'eau distillée.
L'objectif de l'invention est de proposer un système facile à construire et à déployer grâce à des technologies simples et des matériaux accessibles.
Sachant cela, l'invention décrite se base sur la fabrication de modules flottants sur la mer ou sur toute surface plane d'eau nécessitant une distillation (1.7) (désalinisation, dépollution, épuration) exposée au soleil.
Ces modules peuvent être individuels ou connectés successivement par le même flux d'air (2.1) afin d'augmenter la surface recouverte.
Un flux d'air optimisé pour la rentabilité est imposé dans les modules en entrée (1.1) et en sortie (1.5), soi mécaniquement (moteur, pompe), soi par captation et régulation du vent.
La chaleur absorbée par la surface des modules (1.4) fait augmenter la température du volume d'air contenu dans le module provoquant l'évaporation de l'eau à distiller contenue dans le module, faisant tendre l'humidité vers la saturation à la température atteinte, et cela en fonction du taux de renouvellement de l'air dans les modules.
Pour la condensation , l'air est pompé (3.1), donc renouvelé dans le module, et refroidi après la sortie (3.2), idéalement à l'aide la température de l'eau environnante, pouvant être amélioré grâce à l'aide de diffuseurs (type de radiateurs) de température en contact avec l'eau (3.4). Un système équivalent au-dessus de la surface de la mer peut aussi être réalisé afin d'avoir un refroidissement par air pour éviter de réchauffer l'eau environnante (par soucis écologiques). Dans les deux cas, il s'agit de la variante à condensation passive de l'invention.
Une variante utilise un système de refroidissement par échangeur thermique (4.2). Ce refroidissement provoque la condensation de l'eau contenue dans l'air, produisant ainsi l'eau distillée. La chaleur produite par le système est récupérée et réinjectée dans le module par un flux d'air entrant en (4.3) et injecté dans le module en (4.1).
L'air injecté traverse ensuite le module et est évacué en (4.4) après condensation dans le système de refroidissement profitant de l’émission de froid de l’échangeur thermique. Il s'agit de la variante à condensation active de l'invention.
Dans tous les cas l'eau distillée est recueillie dans un réservoir (3.5, 4.5).
Le module contenant le volume d'air peut être construit en n'importe quels matériaux (bois, métal...), mais typiquement en plastique (EHD, PE, Polyéthylène, polypropylène, PVC en fonction de leur résistance), de préférence noirs pour absorber un maximum de rayonnement solaire. Ces matériaux doivent être résistants à l’eau de mer et les dégradations que cette dernière peut engendrer, tels que la corrosion ou encore l’accumulation d’organismes marins.
Un radiateur de diffusion de chaleur (1.2) permet d'optimiser la chauffe de l'air du module, et peut être composé d'une surface métallique, très bon conducteur de chaleur.
Ces radiateurs peuvent atteindre l'eau et peuvent être recouverts d'un matériau à fort pouvoir de capillarité afin d'augmenter au maximum l'interface eau chauffée/air dans le but d'augmenter au maximum la vitesse d'évaporation (tels que les tissus éponges, fabriqués à partir de fibres de coton, de viscose, de polyester ou de polyamide) (5.1).
Un simple système de projection et de vaporisation d’eau du module dans le volume du module peut-être aussi adjoint pour augmenter activement l’interface air/eau.
La partie exposée au soleil (1.4) peut être recouverte d'une peinture noire à forte absorbance, par exemple de peinture silicone noire ou époxy pouvant dépasser 95% d'absorbance.
Enfin, la partie extérieure peut-être recouverte d'un système de verrière en verre ou plastique (1.3) afin de bénéficier d'un "effet de serre" en laissant une lame d'air entre la verrière et le module, appelé espace d'isolation.
La présente invention a pour objet un procédé de récupération / purification d’acrylate d’alkyle en C 1 -C 2 à partir d’un mélange réactionnel issu de l’estérification de l’acide acrylique avec un alcool choisi parmi le méthanol et l’éthanol réalisée en présence d’inhibiteur(s) de polymérisation, ledit procédé comprenant la distillation azéotropique dudit mélange réactionnel à l’aide d’une colonne de distillation, et la purification de l’acrylate d’alkyle à l’aide d’un ensemble de séparation comprenant au moins une colonne de purification de l’acrylate d’alkyle, caractérisé en ce qu’il comprend un traitement continu consistant en une évaporation du pied de ladite au moins une colonne de purification et au moins deux condensations successives de la phase gazeuse issue de ladite évaporation.
Ce procédé permet de minimiser les pertes en acrylate d’alkyle et de recycler les stabilisants contenus à différents endroits du procédé tout en éliminant une fraction concentrée riche en sous-produit alkoxy propionate d’alkyle.
Par distillation azéotropique, on entend la séparation d’un azéotrope (ou mélange azéotropique) constitué d’un mélange ternaire acrylate d’alkyle / alcool / eau.
Selon un mode de réalisation, l’alcool est le méthanol, l’acrylate d’alkyle est l’acrylate de méthyle, et l’alkoxy propionate d’alkyle est le méthoxy propionate de méthyle (MPM).
Selon un mode de réalisation, l’alcool est l’éthanol, l’acrylate d’alkyle est l’acrylate d’éthyle, et l’alkoxy propionate d’alkyle est l’éthoxy propionate d’éthyle (EPE).
Selon un mode de réalisation, la colonne de distillation azéotropique peut être munie d’un soutirage latéral.
Selon un mode de réalisation, la colonne de distillation azéotropique ne possède pas de soutirage latéral.
Selon un mode de réalisation, la purification finale pour obtenir de l’acrylate d’alkyle de qualité commerciale (pureté supérieure à 99,5% en poids) est effectuée en mettant en œuvre au moins une colonne de purification telle qu’une colonne d’équeutage et une colonne d’étêtage.
Selon un mode de réalisation, ladite au moins une colonne de purification est une colonne à paroi de séparation (« Dividing Wall Column », ou DWC).
Selon un mode de réalisation, ladite au moins une colonne de purification est une colonne à soutirage latéral.
Selon un mode de réalisation, lorsque l’acrylate d’alkyle est l’acrylate de méthyle, l’obtention de l’acrylate de méthyle ayant une pureté supérieure à 99,5% en poids est réalisée dans une colonne à distiller dite d’équeutage ou une colonne à partition fonctionnant dans une gamme de pression de 10000 Pa à 50000 Pa et de températures allant de 80°C à 110°C.
a) distillation azéotropique du mélange réactionnel à l’aide d’une première colonne de distillation permettant de séparer en tête un mélange azéotropique comprenant l’acrylate d’alkyle, l’alcool non réagi et de l’eau, et en pied une fraction comprenant l’acide acrylique non réagi et des sous-produits lourds,
b) séparation du flux de pied de la première colonne de distillation en un flux comportant essentiellement l’acide acrylique non réagi, ce flux étant tout ou partie recyclé dans le réacteur d’estérification,
c) extraction liquide / liquide du flux de tête de la première colonne de distillation par un flux aqueux permettant de séparer une phase organique comprenant essentiellement l’acrylate d’alkyle, et une phase aqueuse,
Il est à noter que les performances de cet espace d'isolation peuvent être améliorées en étant mis sous vide.
Ce module est posé sur un système de flotteur perméable (1.6). L'équilibre hydrostatique permettra d'avoir un niveau d'eau à distiller suffisant afin de permettre la mise en saturation. Le flotteur permet aussi d'isoler thermiquement l'eau contenue dans le module de l'eau extérieure en étant composé de néoprène, d'aérogel, de polystyrène, voir de bois. En somme, de tout matériau permettant une bonne isolation thermique tout en fournissant la flottaison. Pour atteindre l’équilibre hydrostatique, les flotteurs peuvent couvrir toute ou en partie la partie extérieure dudit module, au-delà de la ligne de flottaison si nécessaire.
L'objectif étant d'augmenter et de maintenir la température du volume d'air contenu dans le volume au maximum.