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Suivi de réaction de polymérisations par l’emploi de gouttes circulant dans une plateforme millifluidique

Lorber Nicolas, Mignard Emmanuel

6 février 2015

Un outil millifluidique peut être facilement mis en oeuvre à l’aide de tubes et de connectiques commerciaux ayant une très bonne résistance chimique. Il permet l’observation par des techniques optiques de la formation de gouttes isométriques et de leur écoulement.

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Fig.1
Notre prototype millifluidique

Chaque goutte correspond à un microréacteur. Aussi, des réactions chimiques peuvent être effectuées à l’intérieur de celles-ci. En fonction de la longueur et du diamètre du circuit millifluidique, il est possible d’obtenir des temps de séjour pouvant aller jusqu’à quelques heures tout en gardant les principaux avantages de la microfluidique :
- Faibles quantités
- Ecoulement en continue
- Contrôle des concentrations
- Compartimentalisation
- Rapport surface / volume élevé
- Correspondance temps / espace

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Fig.2
Réaction chimique dans des gouttes

La correspondance temps / espace propre à l’utilisation de gouttes fait de cette approche un outil idéal pour suivre des cinétiques de réaction. En effet, chaque position du circuit millifluidique est équivalente à un temps de séjour, lui-même équivalent à un avancement réactionnel. Le couplage de ce dispositif à un système analytique non-intrusif comme la spectrométrie Raman permet d’obtenir un grand nombre de données de base utiles au chimiste.

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Fig.3
Suivi de la polymérisation de l’acide acrylique en solution aqueuse par spectrométrie Raman

L’exemple suivant montre le suivi de la polymérisation de l’acide acrylique en solution aqueuse par spectrométrie Raman. La miniaturisation de l’outil millifluidique permet de manipuler des fluides de grande viscosité et nous place dans des conditions où chaque réacteur est à l’isotherme. Nous pouvons donc observer des conditions "extrêmes" en termes de concentration et de température (i.e. 40%, 98°C).

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Fig.4
Conversion molaire de l’acide acrylique en fonction du temps.

Mots-clés

Polymérisations, Gouttes comme microréacteurs, Procédé miniaturisé, Suivi de réactions chimiques