Microfluidique et formulation optimale des émulsions : applications aux réactions catalytiques d’oxydation

Microfluidic and optimal formulation of emulsions : applications in catalytic oxidation

• Auteur / Autrice : Roberto Company
• Direction : Véronique Nardello-Rataj, Jean-Marie Aubry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 13/10/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et formulation (CMF)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cyclodextrines

Surfactants

Émulsions

Formulation (génie chimique)

Microréacteurs chimiques

Microfluidique

Mots clés libres

Émulsions de Pickering

Résumé

Le comportement de différents systèmes ternaires eau/huile/surfactif dans des puces microfluidiques de configuration « flow focusing » a été étudié sur la base du concept de "formulation optimale". L’influence des variables de formulation (nature du surfactif, polarité de l'huile (caractérisée par son "Equivalent Alkane Carbon Number" ou EACN), salinité de la phase aqueuse, température) et des variables de procédé (débit des phases aqueuses et huileuses, diamètre et mouillabilité des micro-canaux) sur le comportement de flux des systèmes biphasiques eau/huile en présence de surfactifs non ioniques (e.g. alcools gras polyéthoxylés), anioniques (e.g. dodécylsulfate de sodium) et cationiques (sels d'alkylammonium) a été examiné. La prédominance du comportement « jet flow » à l’approche de la « formulation optimale » permet la comparaison des tensioactifs, comme la méthode des balayages de formulation mais en nécessitant moins de réactif et moins de temps. Des émulsions Tween 80-Span 20/esters/eau, pour des applications en cosmétique, ont ainsi été formulées et caractérisées. Par ailleurs, les avantages de la technologie des microréacteurs ont été démontrés par le développement d’un réacteur à flux continu pour l’oxydation catalytique par le peroxyde d'hydrogène en émulsions de Pickering exemptes de solvant et stabilisées par des complexes à base de cyclodextrines. La comparaison des résultats obtenus à ceux des réactions menées en réacteur classique a mis en évidence un accroissement considérable de la vitesse de réaction.

The behavior of various ternary surfactant/oil/water systems in microfluidic chips with flow focusing configuration has been studied based on the concept of "optimal formulation." The influence of formulation variables (nature of the surfactant, polarity of oil (characterized by its "Equivalent Carbon Number Alkane" or EACN) salinity of the aqueous phase, temperature) and process variables (flow rate of the aqueous and oil phases, diameter and wettability of the micro-channels) on the flow behavior of water/oil biphasic systems in the presence of nonionic surfactants (e.g. polyoxyethylene fatty alcohols), anionic (e.g. sodium dodecyl sulfate) and cationic (alkylammonium salts) was examined. The predominance of the "jet flow" behavior in the vincinity of the so called “optimal formulation” allows the comparison of surfactants, similarly to scans formulation consuming less products and requaring a shorter time. Emulsions Tween 80-Span 20/esters/water for applications in cosmetics, have been prepared and characterized. Furthermore, the benefits of the microreactors technology were demonstrated by the development of a continuous flow reactor for the catalytic oxidation with hydrogen peroxide in free solvent Pickering emulsion stabilized by complexes with cyclodextrins. Comparison of the results performed in batch reactor showed a significant improvement in the reaction rate.