1. Synthèse et étude de matériaux polyalkylétherimides multiphasés pour la perméation gazeuse Equipe Membranes, Séparations, Procédés Ecole doctorale RP2E Thèse effectuée au LRGP par Jacques GRIGNARD sous la direction de Denis ROIZARD et Eric FAVRE Soutenance de thèse, le 12 Octobre 2010 , ENSIC Nancy

6. Plan de l’exposé I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives

7. I – Préparation des membranes

9. I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- membranes polyétherimides (PEI) B- membranes composites PEI/SiO 2 2 ème étape : Jeff600-PMDA + ODA dans DMF ODA : M W = 200 g.mol -1 + agitation 24h 25 °C 12h 80-90 °C (séchage à l’air) Δ 1h 100, 150, 200 °C , -2(n+m) H 2 O sous vide Structure chimique des polyétherimides (PEI) Structure chimique de l’acide polyamique (APA) PEO PPO PPO

11.  L'incorporation in situ de la silice par le procédé Sol-Gel en utilisant le tétraéthylorthosilicate (TEOS) et le tetraméthylorthosilicate (TMOS) Si(OCH 3 ) 4 Si(OCH 2 CH 3 ) 4 Réactions d'hydrolyse (1) et de condensation (2) du procédé Sol-Gel. I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- membranes polyétherimides (PEI) B- membranes composites PEI/SiO 2

12. I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- membranes polyétherimides (PEI) B- membranes composites PEI/SiO 2  Processus de préparation des membranes composites PEI/SiO 2 par la méthode Sol-Gel Solution APA/alcoxysilane chauffée à 80 °C pendant 6 heures Pour limiter la perte en alcoxysilane pendant la préparation des membranes sans H 2 O Solution APA TMOS ou TEOS 6 h 80 °C moule téflon ou inox évaporation DMF cyclodéshydratation thermique Membrane PEI/SiO 2

13. II – Caractérisations des membranes

17. - 2 ème cycle de chauffe : absence de pic endothermique Le protocole de préparation des PEI est validé par des mesures de viscosité, l’ATG, la DSC et des analyses IRTF-ATR. - Cyclisation totale achevée à 200 °C Analyse thermogravimétrique Calorimétrie différentielle à balayage I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- membranes polyétherimides (PEI) B- membranes composites PEI/SiO 2 1 er cycle 2 ème cycle

27. III – Propriétés de transport

46. IV – Conclusions et perspectives

47. Les mesures de viscosité, les analyses par IRTF-ATR, DSC et ATG ont permis de valider le protocole de synthèse pour obtenir des PEI élastomères avec de bonnes propriétés filmogènes Distribution homogène dans la matrice polymère PEI. L’incorporation in situ par le procédé Sol-Gel permet d’obtenir des micro- et nanoparticules de silice Les membranes composites PEI/silice avec de la silice hydrophobe présentent de meilleures propriétés mécaniques et de perméation comparées à la silice hydrophile. I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- Conclusions B- Perspectives CONCLUSIONS

48. Les membranes présentent de fortes permselectivités dues à une forte solubilité par la présence de groupements polyéthoxy (-OCH 2 CH 2 -) n dans la structure segmentée du PEI ( ex. > PEBAX) Les valeurs de perméation sont fortement élevées par rapport aux polyimides aromatiques et aux matériaux composites PI/silice (littérature) La relation de Maxwell ne peut pas s'appliquer à nos matériaux du fait des interactions entre polymère/silice qui ne sont pas prises en compte. La relation entre la perméabilité et la sélectivité montre que les membranes PEI et PEI/SiO 2 sont intéressantes pour la séparation du CO 2 notamment pour le couple CO 2 /N 2 I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- Conclusions B- Perspectives CONCLUSIONS

49. I – Préparation des membranes II – Caractérisations des membranes III – Propriétés de transport IV – Conclusions et perspectives A- Conclusions B- Perspectives PERSPECTIVES Bonnes propriétés mécaniques et filmogènes des polymères : préparation de membranes composites de couche active très mince et des fibres creuses Utilisation de silice poreuse pourrait améliorer le mécanisme de transport des gaz à travers les membranes en facilitant notamment la diffusion Utilisation d’amines aliphatiques avec des masses moléculaires plus importantes afin d’augmenter l'affinité du polymère pour des gaz tels que le CO 2 Former des liaisons covalentes entre le polymère et la silice afin d’améliorer la cohésion entre ces deux phases

50. Je vous remercie de votre attention ! Nancy Quito