Synthèse et dispersion de nanoparticules luminescentes dédiées à la lutte anti-contrefaçon

par Jorice Samuel

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Olivier Tillement et de Olivier Raccurt.

Soutenue le 12-11-2009

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....) , en partenariat avec Laboratoire de physico-chimie des matériaux luminescents (laboratoire) .

Le président du jury était Élodie Bourgeat-Lami.

Le jury était composé de Olivier Poncelet, Thierry Le Mercier.

Les rapporteurs étaient Fabrice Goubard, Sylvie Bégin-Colin.

mots clés

• Synthèse
• Incorporation
• Nanoparticules
• Luminescence
• Anti-contrefaçon
• Marquage
• Luminescence
• Nanoparticules
• Contrefaçon -- Lutte contre

Résumé

Cette thèse aborde la thématique de la synthèse et de la dispersion de nanomatériaux luminescents (silice ou oxydes de terres rares) dédiés à la lutte anti-contrefaçon. La silice est synthétisée par un procédé sol-gel en microémulsion inverse. Des molécules fluorescentes organiques et organo-lanthanides sont incorporées dans les nanoparticules et il est montre que la nature du colorant influence son encapsulation. La fluorescence est obtenue sans lien covalent entre le colorant et la nanoparticule. Les nanoparticules sont ensuite fonctionnalisées dans le milieu de synthèse. Une nouvelle méthode de caractérisation de la fonctionnalisation est proposée et fait notamment apparaitre que la fonctionnalisation ainsi réalisée est homogène mais qu’a l’échelle de la nanoparticule, il y a apparition de nanodomaines. Les oxydes de terres rares sont obtenus par une collaboration. Deux traitements de surface sont particulièrement étudiés : une approche hybride consistant en l’encapsulation des nanoparticules dans une couche de polysiloxane suivie d’une fonctionnalisation adaptée ; et une approche basée sur l’adsorption d’agents tensioactifs. En particulier plusieurs agents tensioactifs représentatifs sont compares. Les nanoparticules ainsi traitées sont dispersées et stables en milieu liquide. Elles peuvent alors être incorporées dans différents polymères témoins (PMMA, PVA et PVC) et il est montre qu’une bonne dispersion en milieu liquide permet une incorporation homogène dans le polymère. Un essai industriel a été réalisé et a prouvé que certains de ces procédés développés pouvaient être transférés à l’échelle industrielle

mots clés

• Synthesis
• Incorporation
• Nanoparticles
• Luminescence
• Counterfeiting

Titre traduit

Synthesis and dispersion of fluorescent nanoparticles dedicated to the fight against counterfeiting

Résumé

This work deals with the synthesis and the dispersion of luminescent nanomaterials dedicated to the fight against counterfeiting. The nanomaterials (silica and rare earth oxides) own an optical code which is dispersed into the material to be tagged. The silica is synthesized by a reverse microemulsion sol-gel process. Organic fluorescent dyes and organo-lanthanides metal complexes are incorporated into the nanoparticles and it is shown that the nature of the dye influences its incorporation. The fluorescence is obtained without any covalent link between the dye and the silica matrix. After the synthesis, the nanoparticles are functionalized into the microemulsion. An original method is proposed to characterize the functionalization and it is shown that the functionalization is on the whole homogeneous but that at the nanoscale some nanodomains appear. The rare-earth oxides are obtained by collaboration. Two surface treatments are particularly studied : an hybrid approach based on the encapsulation of the nanoparticles into a polysiloxane shell followed by an adapted functionalization; and a second approach based on the use of surfactants. In particular, several well-known surfactants are compared. These modified nanoparticles are dispersed and stabilized into liquid media such as water or 2-Butanone. They are then incorporated into three polymers (PMMA, PVA and PVC) and it is shown that a good dispersion into a liquid allows obtaining an homogeneous incorporation into the polymers. An industrial test has been realized and has given the proof that some of these processes can be transferred directly at industrial scale