UTILISATIONS

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des particules de silice et notamment des nanoparticules de silice contenant des colorants de type phtalocyanine de silice.

En effet, la présente invention a pour objet un procédé de préparation de particules de silice incorporant des dérivés de phtalocyanine et de naphtalocyanine . Elle concerne également les particules de silice incorporant des dérivés de phtalocyanine et de naphtalocyanine, susceptibles d'être préparées par ce procédé et leurs différentes utilisations et applications .

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La synthèse et les propriétés des colorants dérivés des complexes de phtalocyanines ou de naphtalocyanines de silicone possédant des ligands axiaux ont été décrites dans la littérature par Kenney

[1], Joyner [2], et Esposito [3]. Un intérêt considérable s'est développé ces dernières années pour les propriétés physiques et chimiques des phtalocyanines. Cet intérêt provient en partie de leurs possibles applications dans divers domaines tels que 1 ' électrophotographie [4], les cristaux liquides [5], les polymères conducteurs [6], l'affichage électrochromique [V], la conversion photoélectrochimique d'énergie [8], les agents absorbants d' infrarouge pour les thermoplastiques transparents et les polymères réticulés [9], et la photoconductivité [10] .

En effet, les phtalocyanines et autres analogues macrocycliques ont considérablement attiré l'attention en tant que matériaux moléculaires aux propriétés électroniques et optiques exceptionnelles. Ces propriétés proviennent de la délocalisation du nuage électronique, et rendent ces produits intéressants pour différents domaines de recherche en science des matériaux et tout particulièrement en nanotechnologie . Ainsi, des phtalocyanines ont été incorporées avec succès dans des composants de semi ^¬ conducteurs, de dispositifs électrochromiques , de systèmes de stockage d'information.

Un problème crucial à prendre en compte afin d'incorporer des phtalocyanines dans des dispositifs technologiques est le contrôle de l'arrangement spatial de ces macrocycles. Ceci permet d'étendre et d'améliorer les propriétés chimiques et physiques des phtalocyanines à l'échelle macromoléculaire ou moléculaire. La superposition co-faciale des phtalocyanines est nécessaire afin d'obtenir des propriétés supramoléculaires . Par exemple, l'augmentation de la conductivité peut se faire le long de l'axe principal du système d'empilage des phtalocyanines par une délocalisation d'électrons à travers les macrocycles co-planaires . La conductivité dans des systèmes à base de phtalocyanines dépend généralement des propriétés intrinsèques de phtalocyanines bien particulières. Ainsi, des phtalocyanines de silicone ont été utilisées pour la préparation de dispositifs comme les transistors à effet de champs. Une bonne conductivité est également obtenue dans des polymères à base de phtalocyanines. Parmi une importante variété de polymères semi- conducteurs basés sur des phtalocyanines, la famille la plus importante est celle des siloxanes de phtalocyanines [PcSiC^ l n -

Ainsi, les nano-objets et autres polymères de phtalocyanines siloxanes sont bien connus de l'art antérieur. Ces structures sont fabriquées de diverses façons dans la littérature. Plusieurs méthodes ont été validées pour la polymérisation de phtalocyanine de silice .

La préparation de polysiloxanes de phtalocyanines a été décrite dans la littérature. Ainsi des polymères ont été synthétisés en utilisant les phtalocyanines de silicone comme précurseurs. Ces composés entrent dans la préparation de film Langmuir- Blodgett, films unidimensionnels de type polymères très rigides [11]. La polymérisation est effectuée sous vide à 350-400°C pendant 2 h, conditions très extrêmes. Une autre synthèse de polymères est conduite avec le même précurseur de phtalocyanine de silicone dans la diméthylsulfoxyde à 135°C pendant 24 h [12]. Plus récemment, un protocole nouveau et plus opportun a été rapporté afin de préparer des oligomères de 3 à 4 unités de monomères (phtalocyanine de silicone) [13], ledit protocole comprenant la condensation des monomères en présence de quinoléine suivie par une silylation avec du chlorure de tert-butyldiméthylsilyle (TBDMSC1) .

Une autre approche a été développée afin d'obtenir un polymère réticulé axialement au plan du macrocycle aromatique de la phtalocyanine. Ainsi, une fonctionnalisation axiale a conduit à l'obtention de phtalocyanine de silicone conjuguée axialement avec un poly ( anhydride d'acide polysébacique ) . Le produit ainsi obtenu a ensuite été utilisé pour former des nanoparticules hydrophiles via une méthode d' inversion de microphase [14].

II convient de souligner qu'en général, ces polymères produisent des conductivités électriques élevées. Cependant, ces matériaux sont aussi bien insolubles dans l'eau que dans les solvants organiques communs, ce qui rend difficile leur préparation industrielle. En effet, le caractère organique des macrocycles aromatiques de type phtalocyanine rend ces derniers très insolubles. L'insolubilité est plus manifeste lors de l'utilisation des naphtalocyanines ou des analogues anthracènes. Ce phénomène est en partie dû aux agrégats formés par interactions π-π. Ainsi, il est parfois nécessaire de substituer le macrocycle aromatique en positions périphérique et/ou non- périphérique afin de conférer à cette famille de colorants une bonne solubilité dans les solvants organiques. Malheureusement, cette fonctionnalisâtion peut entraîner des changements des propriétés intrinsèques. Ainsi, dans certains cas, il est préférable de garder le réseau aromatique du macrocycle non-substitué .

L' encapsulation de phtalocyanines de silicone a également fait l'objet de quelques études. Compte-tenu de 1 ' hydrophobie prononcée et reconnue des matériaux à base de phtalocyanines, il est ainsi très difficile de les encapsuler dans des nano-objets de silice en utilisant un procédé classique par voie humide.

Ainsi un dérivé du bis-oléate de phtalocyanine de silicone a été introduit dans des nanoparticules de lipoprotéine, afin d'utiliser ces produits comme des nanoplateformes à base de lipoprotéine. Ces composés sont par la suite utilisés comme dispositifs de diagnostic multifonctionnels et thérapeutiques [15] . Une demande de brevet relate également 1 ' encapsulation de cristaux de phtalocyanines de cuivre (aucune présence de silicone mentionnée) [16]. L'étude des nanoparticules ainsi préparées pour les encres contenant des dispersions, pour les filtres de couleurs et la composition de résine photosensible et colorée est également rapportée [17].

Une autre étude décrit la formation de nanoparticules de séléniure de cadmium (CdSe) conjuguées à des phtalocyanines de silicone. La surface des nanoparticules de CdSe est ainsi fonctionnalisée par condensation du groupement actif (groupement aminé) , situé en position axiale du macrocycle de la phtalocyanine de silicone et relié à celui-ci via un groupement alkyle [18] . Une étude similaire publiée en 2006 présente l'introduction de tétrasulphonate de phtalocyanine de cuivre sur la surface de nanoparticules de silice modifiée par fonctionnalisation avec des groupements aminé [19] .

La demande internationale WO 2008/138727 rapporte la préparation de nanoparticules de silice fonctionnalisées par du phtalocyanine de cuivre. La fonction siloxane portée par le phtalocyanine de cuivre et nécessaire à la formation de nanoparticules de silice, est en position périphérique et nécessite une étape de fonctionnalisation du phtalocyanine de cuivre

[20] .

De façon générale, la préparation de nanoparticules de silice peut être réalisée par des procédés sol-gel tels que le procédé Strôber ou le procédé via une micro-émulsion inverse. Une autre technique beaucoup plus rapide que les deux procédés pré-cités a également été décrite, cette dernière impliquant une irradiation par des micro-ondes. Ainsi, des nanoparticules de silice sphériques, colloïdales et monodispersées ont été synthétisées par l'hydrolyse et la condensation de tétraéthoxysilane (TEOS) dans un mélange de méthanol/eau/ammoniaque en utilisant un procédé de synthèse hydrothermale impliquant une irradiation par des micro-ondes en continue [21].

De même, l'effet du type de précurseurs (TEOS ou tétrachlorosilane (S1CI ₄ ) ) et de leur taux d'alimentation sur la taille des particules de silice et leurs distributions a été étudié [22]. Dans cet article, les particules de silice sont synthétisées par un procédé impliquant un plasma micro-ondes. Des résultats obtenus, il ressort que le TEOS permet d'obtenir des nanoparticules sphériques plus grosses que celles obtenues à partir de S1CI ₄ .

Des dispersions de nanoparticules sphériques ont également été obtenues en irradiant avec des micro- ondes une dispersion, dans l'eau, de goutelettes de phtalocyanine de zinc dissoute dans l'acétone. La géométrie sphérique de ces nanoparticules a été vérifiée par microscopie électronique par transmission

[23] .

Compte tenu de l'intérêt des matériaux à base de phtalocyanines , il existe un réel besoin d'un procédé simple, pratique, rapide, ne nécessitant ni plusieurs étapes, ni la fonctionnalisation préalable des phtalocyanines et applicable au niveau industriel pour préparer des matériaux à base de phtalocyanines tels que des particules de silice.

EXPOSÉ DE L' INVENTION

La présente invention permet de remédier aux inconvénients et problèmes techniques listés ci-dessus.

En effet, cette dernière propose un procédé de préparation de matériaux particulaires à base de silice et notamment des matériaux nanoparticulaires incorporant des dérivés de phtalocyanine, ledit procédé étant applicable au niveau industriel, ne nécessitant pas de procédés ou d'étapes lourd(e)s et utilisant des produits facilement accessibles, non dangereux et peu toxiques .

Les travaux des inventeurs ont mis en évidence que l'utilisation de dérivés de phtalocyanines de silicone comme précurseurs de silice permet de fabriquer des particules de silice telles que des nanoparticules de silice incorporant des dérivés de phtalocyanine . La disponibilité des ligands axiaux tels que des hydroxyles ou des chlorures, combinée avec la présence de l'atome de silice introduit dans la cavité du macrocycle de phtalocyanine permet de l'utiliser comme précurseur nécessaire à une synthèse correcte de nanoparticules de silice par le procédé de synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes, également désigné par « procédé de synthèse par irradiation par des micro-ondes ».

En effet, la phtalocyanine possède une cavité centrale permettant l'incorporation d'un grand nombre d'atomes, entre autres du silicium. L'atome de silicium étant tétravalent et nécessitant deux liaisons pour son incorporation dans la cavité et le plan du macrocycle aromatique de phtalocyanine, deux liaisons restent disponibles. Ces deux liaisons sont axiales au plan défini par l'atome de silicium et la phtalocyanine, et sont généralement terminées par des fonctions de types hydroxyles ou chlorures. Ces fonctions étant réactives, elles participent comme réactifs à la synthèse de nanoparticules de silice. Les inventeurs ont utilisé la voie de synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes pour préparer des particules de silice à partir de tels dérivés siliconés de phtalocyanine.

Les procédés sol-gel classiques tels que la méthode de type Stôber et la méthode par voie micellaire inverse permettent une préparation de particules de silice assez rapide. Ces procédés dépendent de la vitesse d'hydrolyse des précurseurs de silice et la durée des réactions est généralement comprise entre quelques minutes et plusieurs heures. Il est connu que le procédé de synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes est beaucoup plus rapide, la réaction est effectuée en quelques secondes [21]. Cette rapidité due à l'accélération de la cinétique d'hydrolyse et de cristallisation permet de réduire le temps de chauffage (i.e. d'irradiation) ce qui permet d'obtenir un gain d'énergie.

Outre cet avantage déjà connu, les inventeurs ont observé que le procédé de synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes mis en œuvre avec des dérivés siliconés de phtalocyanine permet de produire un matériau nanoscopique sans agglomérat. En outre, le matériau produit du type nanoparticule à base d'un macrocycle aromatique et hydrophobe (phthalocyanine ) est stable dans l'eau, évitant de fait le problème de la dispersion des nano-objets formés.

De plus, ce procédé produit peu voire pas de sous-produits de réaction, « side-products » ou de « by-products » en anglais. Il se caractérise par l'introduction de substances nécessaires à la synthèse et la consommation totale de ces dernières. Le solvant est évaporé et la base utilisée pour hydrolyser les composés à base de silane peut se décomposer en produits volatils.

Enfin, le procédé de synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes mis en œuvre avec des dérivés siliconés de phtalocyanine permet d'obtenir des particules de silice avec des propriétés remarquables (nanoplaquettes , cristallines, conductrices et pures) qui seront exposées et détaillées plus précisément plus loin .

Ainsi, la présente invention concerne un procédé de préparation d'une particule de silice incorporant au moins un dérivé de phtalocyanine, ladite particule étant préparée à partir d'au moins un dérivé siliconé de phtalocyanine via une synthèse hydrothermale impliquant des micro-ondes.

Dans le cadre de la présente invention, les expressions « dérivé siliconé de phtalocyanine » et « dérivé silané de phtalocyanine » sont équivalentes et peuvent être utilisées de façon interchangeable.

Par « dérivé siliconé de phtalocyanine », on entend un composé de formule (I) :

(I)

dans laquelle :

^_ Ri ^R 2, R3 et R , identiques ou différents, représentent un groupement arylène éventuellement substitué et R5 et R.6, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par -Cl, -F, -OH et -OR' avec R' représentant un alkyle, linéaire ou ramifié, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué ou un groupement -Si (R' ' ) 3 où chaque R' ' indépendamment représente un alkyle, linéaire, ramifié ou cyclique, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué.

Par « éventuellement substitué », on entend, dans le cadre des groupes alkyle des composés de formule (I), substitué par un halogène, un groupe aminé, un groupe diamine, un groupe amide, un groupe acyle, un groupe vinyle, un groupe hydroxyle, un groupe époxy, un groupe phosphonate, un groupe acide sulfonique, un groupe isocyanate, un groupe carboxyle, un groupe thiol (ou mercapto) , un groupe glycidoxy ou un groupe acryloxy et notamment un groupe méthacryloxy . Avantageusement, R' représente un méthyle ou un éthyle.

Par « groupement arylène », on entend dans le cadre de la présente invention une structure carbonée aromatique ou hétéroaromatique, éventuellement mono- ou polysubstituée, constituée d'un ou plusieurs cycles aromatiques ou hétéroaromatiques comportant chacun de 3 à 8 atomes, le ou les hétéroatomes pouvant être N, 0, P ou S .

Par « éventuellement substitué », on entend un groupement arylène qui peut être mono- ou polysubstitué par un groupement choisi dans le groupe constitué par un carboxylate ; un aldéhyde ; un ester ; un éther ; un hydroxyle ; un halogène ; un aryle tel qu'un phényle, un benzyle ou un naphthyle ; un alkyle, linéaire ou ramifié, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué tel qu'un méthyle, un éthyle, un propyle ou un hydroxypropyle ; une aminé ; un amide ; un sulfonyle ; un sulfoxyde et un thiol.

Avantageusement, les groupements Ri, R ₂ , R ₃ et R sont, identiques ou différents, chacun représentant un phénylène, un naphthylène ou un anthracène . Plus particulièrement, les groupements Ri, R ₂ , R ₃ et R sont identiques et représentent un phénylène, un naphthylène ou un anthracène .

En particulier, le dérivé siliconé de phtalocyanine mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un composé de formule (II) :

(Π)

dans laquelle : les groupements R ₇ à R22 _/ identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par un hydrogène ; un carboxylate ; un aldéhyde ; une cétone ; un ester ; un éther ; un hydroxyle ; un halogène ; un aryle tel qu'un phényle, un benzyle ou un naphthyle ; un alkyle, linéaire ou ramifié, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué tel qu'un méthyle, un éthyle, un propyle ou un hydroxypropyle ; une aminé ; un amide ; un sulfonyle ; un sulfoxyde et un thiol ;

les groupements R5 et R.6 sont tels que précédemment définis.

Un composé de formule (II) préféré dans le cadre de la présente invention est le composé dans lequel les groupements R ₇ à R22 représentent un hydrogène et les groupements R5 et R6 sont tels que précédemment définis.

En variante, dérivé siliconé de phtalocyanine mis en œuvre le cadre de la présente invention est un composé formule (III) du type naphtalocyanine :

(ni)

dans laquelle :

les groupements R23 à R 6, identiques ou différents, sont choisis dans le groupe constitué par un hydrogène ; un carboxylate ; un aldéhyde ; une cétone ; un ester ; un éther ; un hydroxyle ; un halogène ; un aryle tel qu'un phényle, un benzyle ou un naphthyle ; un alkyle, linéaire ou ramifié, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué tel qu'un méthyle, un éthyle, un propyle ou un hydroxypropyle ; une aminé ; un amide ; un sulfonyle ; un sulfoxyde et un thiol ;

les groupements R5 et R6 sont tels que précédemment définis.

Un composé de formule (III) préféré dans le cadre de la présente invention est le composé dans lequel les groupements R2 ₃ à R ₆ représentent un hydrogène et les groupements R5 et R.6 sont tels que précédemment définis.

Dans les formules (I), (II) et (III), les liaisons en pointillé représentent des liaisons de coordination ou des liaisons datives.

Avantageusement, les groupements R5 et R.6 dans les composés de formule (I), (II) ou (III) sont identiques et sont choisis dans le groupe constitué par -Cl, -F, -OH et -OR' avec R' représentant un alkyle, linéaire ou ramifié, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué et notamment choisis dans le groupe constitué par -Cl, -F, -OH, -OCH ₃ et -OC ₂ H ₅ . Plus particulièrement, les groupements R5 et R6 dans les composés de formule (I), (II) ou (III) sont identiques et représentent -OH ou -Cl.

Les composés de formule (II) et (III) tout particulièrement mis en œuvre dans le cadre de la présente invention sont un complexe phtalocyaninatodichlorosilane, un complexe phtalocyaninadihydroxysilane, un complexe naphtalocyaninatodichlorosilane et un complexe naphtalocyaninatodihydroxysilane . Ces complexes peuvent être représentés avec R représentant -OH ou -Cl de la façon suivante :

En variante, les groupements R5 et R.6 dans les composés de formule (I), (II) ou (III) répondent à la formule -OR' avec R' représentant un groupement -Si (R' ' ) 3 où chaque R' ' indépendamment représente un alkyle, linéaire, ramifié ou cyclique, de 1 à 12 atomes de carbone et notamment de 1 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué. Avantageusement, les groupements R' ' , identiques ou différents, sont choisis parmi un méthyle, un éthyle, un propyle, un cyclopropyle, un butyle, un cyclobutyle, un heptyle, un cycloheptyle, un hexyle et un cyclohexyle. Plus particulièrement, les groupements R5 et R6 sont identiques .

Ainsi, un autre composé de formule (III) tout particulièrement mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est un composé dans lequel les groupements R23 à R 6 représentent un hydrogène et les groupements R5 et R6 sont identiques et représentent un groupement -O-Si [CH ₂ (CH ₂ ) ₄ CH ₃ ] 3 ·

Le procédé selon l'invention comprend, plus particulièrement, les étapes successives suivantes :

a) préparer une première solution (S _a ) contenant au moins un dérivé siliconé de phtalocyanine et éventuellement, au moins un composé à base de silane ;

b) mélanger la solution (S _a ) obtenue à l'étape

(a) avec une seconde solution (S' ) aqueuse comprenant au moins un composé permettant l'hydrolyse d'un composé à base de silane,

c) soumettre la solution ( S _b ) obtenue à l'étape

(b) à une irradiation par des micro-ondes,

d) récupérer les particules de silice incorporant au moins un dérivé siliconé de phtalocyanine, obtenues lors de l'étape (c) .

L'étape (a) du procédé selon l'invention consiste donc à préparer une solution (S _a ) contenant au moins un dérivé siliconé de phtalocyanine notamment tel que précédemment défini. Toute technique permettant de préparer une telle solution est utilisable dans le cadre de la présente invention.

La solution (S _a ) est obtenue, lors de l'étape (a) du procédé selon l'invention, en mélangeant ensemble :

- au moins un dérivé siliconé de phtalocyanine, - au moins un solvant organique miscible dans l'eau et

- éventuellement au moins un composé à base de silane .

II est bien évidemment entendu que le composé à base de silane éventuel est différent du dérivé siliconé de phtalocyanine .

Avantageusement, le dérivé siliconé de phtalocyanine et l'éventuel composé à base de silane sont ajoutés l'un après l'autre dans le solvant organique miscible dans l'eau et, dans l'ordre suivant, dérivé siliconé de phtalocyanine puis l'éventuel composé à base de silane.

Dans une mise en œuvre alternative de l'invention, seul le dérivé siliconé de phtalocyanine est introduit dans la solution (S _a ) , à l'exclusion de tout autre composé à base de silane.

Par « solvant organique miscible dans l'eau », on entend, dans le cadre de la présente invention, un solvant organique formant un mélange homogène et stable, lorsqu'il est mis en présence d'eau.

Le solvant organique de la solution (S _a ) est un solvant polaire, i.e. un solvant possédant un moment dipolaire non nul, avantageusement choisi parmi les solvants hydroxylés comme le méthanol, l'éthanol,

1 ' isopropanol et le n-propanol ; les glycols liquides de faible poids moléculaire tels que 1 ' éthylèneglycol ; le diméthylsulfoxyde (DMSO) ; le diméthylformamide ; le dioxane ; 1 ' acétonitrile ; l'acétone ; l'acide acétique ; le tétrahydrofurane (THF) et leurs mélanges.

Plus particulièrement, le solvant organique de la solution (S _a ) est choisi parmi le méthanol, l'éthanol et le tétrahydrofurane (THF) .

Le (ou les) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine peu(ven)t être utilisé (s), lors de l'étape (a) du procédé selon l'invention, sous forme solide, sous forme liquide ou en solution dans un solvant organique miscible dans l'eau. Lorsque plusieurs dérivés siliconés de phtalocyanine différents sont utilisés, ils peuvent être mélangés en une fois ou être ajoutés les uns après les autres ou par groupe.

Lorsque le (ou les) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine est (sont) utilisé (s) en solution dans un solvant organique miscible dans l'eau, ce dernier peut être identique ou différent du solvant organique miscible dans l'eau de la solution (S _a ) · Avantageusement, le solvant organique miscible dans l'eau utilisé pour dissoudre le (ou les) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine est identique au solvant organique miscible dans l'eau de la solution (S _a ) ·

En variante, le (ou les) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine est (sont) sous forme solide et est (sont) dissous dans le solvant de la solution (S _a ) ·

Le mélange lors de l'étape (a) est effectué sous agitation en utilisant un agitateur, un barreau magnétique, un bain à ultrasons ou un homogénéisateur, et peut être mis en œuvre à une température comprise entre 10 et 40°C, avantageusement entre 15 et 30°C et, plus particulièrement, à température ambiante (i.e. 23°C ± 5°C) . Dans la solution (S _a ) , le dérivé siliconé de phtalocyanine ou le mélange de dérivés siliconés de phtalocyanine présente une molarité comprise entre 100 μΜ et 400 mM, notamment entre 500 μΜ et 300 mM et, en particulier, entre 1 mM et 200 mM. Le solvant organique miscible dans l'eau ou le mélange de solvants organiques miscibles dans l'eau (solvant organique miscible dans l'eau dans lequel le (ou les) dérivé (s) siliconé (s) de phtalocyanine est (sont) en solution et/ou autre solvant organique miscible dans l'eau de la solution (S _a ) ) est présent, dans la solution (S _a ) , dans une proportion comprise entre 80 et 100 %, notamment entre 90 et 100 % et, en particulier, entre 95 et 100 % en volume par rapport au volume total de ladite solution.

La présence dans la solution (S _a ) d'un composé à base de silane ou de plusieurs composés à base de silane est optionnelle. L'exemple particulier décrit ci-après ne comprend d' ailleurs aucun composé à base de silane additionnel. Lorsqu'un composé à base de silane ou plusieurs composés à base de silane, identiques ou différents est (sont) présent (s), il (s) est (sont) incorporé (s) dans la solution (S _a ) pour donner, tout comme le (ou les) dérivé (s) siliconé (s) de phtalocyanine, via la synthèse par irradiation micro ^¬ ondes, la silice des particules de silice selon 1 ' invention .

Le (ou les) composé (s) à base de silane peu(ven)t être introduit (s) dans la solution (S _a ) sous forme solide, sous forme liquide ou en solution dans un solvant organique miscible dans l'eau. Lorsque plusieurs composés à base de silane différents sont utilisés, ils peuvent être mélangés en une fois ou être ajoutés les uns après les autres ou par groupe.

Lorsque le (ou les) composé (s) à base de silane est (sont) utilisé (s) en solution dans un solvant organique miscible dans l'eau, ce dernier peut être identique ou différent au solvant organique miscible dans l'eau de la solution (S _a ) · Il peut être également identique ou différent au solvant organique miscible dans l'eau utilisé pour dissoudre le (ou les) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine .

Avantageusement, le (ou les) composé (s) à base de silane est (sont) introduit (s) dans la solution (S _a ) sous forme liquide. Dans la solution (S _a ) , le (ou les) composé (s) à base de silane est (sont) présent (s) dans une proportion comprise entre 0,1 et 40 %, notamment entre 1 et 30 % et, en particulier, entre 5 et 25 % en volume par rapport au volume total de ladite solution.

Dans la solution (S _a ) , le (ou les) composé (s) à base de silane présente (nt) une molarité comprise entre 100 μΜ et 400 mM, notamment entre 500 μΜ et 300 mM et, en particulier, entre 1 mM et 200 mM.

Avantageusement, ledit (ou lesdits) composé (s) à base de silane est (sont) de formule générale SiR _a RbR _c Rd dans laquelle R _a , Rb, R _c et Rd sont, indépendamment les uns des autres, choisis dans le groupe constitué par un hydrogène ; un halogène ; un groupe aminé ; un groupe diamine ; un groupe amide ; un groupe acyle ; un groupe vinyle ; un groupe hydroxyle ; un groupe époxy ; un groupe phosphonate ; un groupe acide sulfonique ; un groupe isocyanate ; un groupe carboxyle ; un groupe thiol (ou mercapto) ; un groupe glycidoxy ; un groupe acryloxy tel qu'un groupe méthacryloxy ; un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, éventuellement substitué, de 1 à 12 atomes de carbone, notamment de 1 à 6 atomes de carbone ; un groupe aryle, linéaire ou ramifié, éventuellement substitué, de 4 à 15 atomes de carbone, notamment de 4 à 10 atomes de carbone ; un groupe alcoxyle de formule -OR _e avec R _e représentant un groupe alkyle tel que précédemment défini et leurs sels.

Par « éventuellement substitué », on entend, dans le cadre des groupes alkyle et aryle des composés à base de silane, substitué par un halogène, un groupe aminé, un groupe diamine, un groupe amide, un groupe acyle, un groupe vinyle, un groupe hydroxyle, un groupe époxy, un groupe phosphonate, un groupe acide sulfonique, un groupe isocyanate, un groupe carboxyle, un groupe thiol (ou mercapto) un groupe glycidoxy ou un groupe acryloxy et notamment un groupe méthacryloxy.

En particulier, ledit (ou lesdits) composé (s) à base de silane est (sont) un (ou des) alkylsilane ( s ) et/ou un (ou des) alcoxysilane ( s ) . Aussi, le composé à base de silane est, plus particulièrement, choisi dans le groupe constitué par le diméthylsilane (DMSi), le phényltriéthoxysilane (PTES), le tétraéthoxysilane (TEOS), le tétraméthoxysilane (TEMOS), le n- octyltriéthoxysilane, le n-octadécyltriéthoxysilane, le diméthyldiméthoxysilane (DMDMOS) , le (3- mercaptopropyl ) triméthoxysilane, le (3- mercaptopropyl ) triéthoxysilane, le (mercapto) - triéthoxysilane, le ( 3-aminopropyl ) triéthoxysilane, le 3- (2-aminoéthylamino) propyltriméthoxysilane, le 3- [bis ( 2-hydroxyéthyl ) amino] propyltriéthoxysilane,

1' hexadécyltriméthoxysilane, le phényltriméthoxysilane, le N- [3- (triméthoxysilyl) propyl] -1, 2-ethanediamine et l' acétoxyéthyltriéthoxysilane, le 2-hydroxy-4- ( 3- triéthoxysilylpropoxy) diphénylkétone, le méthyl- triéthoxysilane, le vinyltriméthoxysilane, le (3- glycidoxypropyl ) triméthoxysilane, le (benzoyloxypropyl ) triméthoxysilane, le 3- trihydroxysilylpropylméthylphosphonate de sodium, l'acide ( 3-trihydroxysilyl ) -1-propanesulphonique, le (diéthylphosphonatoéthyl ) triéthoxysilane, et leurs mélanges. De façon plus particulière, le composé à base de silane est le tétraéthoxysilane (TEOS, Si(OC ₂ H ₅ ) ₄ ) .

En vue de la fonctionnalisation de la surface des plaquettes de silice obtenues selon l'invention, le composé à base de silane mis en œuvre peut être un mélange contenant moins de 20% et notamment de 5 à 15% d'un silane préfonctionnalisé par rapport à la quantité totale de composés à base de silane. A titre d'exemple, un mélange contenant du TEOS et de 5 à 15% de mercaptotriéthoxysilane peut être utilisé pour la préparation de particules de silice selon l'invention et fonctionnalisées par des groupements thiol.

L'étape (b) du procédé selon l'invention permet l'hydrolyse du (ou des) dérivé (s) siliconé(s) à base de phtalocyanine et éventuellement du (ou des) composé (s) à base de silane contenu (s) dans la solution (S _a ) en mélangeant cette dernière avec une solution aqueuse d'un composé permettant cette hydrolyse. L'étape (b) consiste, plus particulièrement, à mélanger la solution (S _a ) avec une solution (S' ) obtenue en dissolvant au moins un composé permettant l'hydrolyse du composé à base de silane dans de l'eau.

La solution (S' ) peut être préparée avant, après ou simultanément à l'étape (a) du procédé selon la présente invention.

L'eau utilisée dans la solution (S') peut être de l'eau désionisée, éventuellement acidifiée ou basique, de l'eau distillée, éventuellement acidifiée ou basique ou un de leurs mélanges. Avantageusement, l'eau utilisée dans la solution (S') est de l'eau ionisée, cette dernière n'étant ni acidifiée, ni basique .

L'eau est présente, dans la solution (S'), dans une proportion comprise entre 80 et 100 %, notamment entre 90 et 100 % et, en particulier, entre 95 et 100 % en volume par rapport au volume total de ladite solution .

Il convient de remarquer que par « composé permettant l'hydrolyse d'un composé à base de silane », on entend un composé, de type base, permettant non seulement l'hydrolyse d'un composé à base de silane notamment tel que précédemment défini mais aussi l'hydrolyse d'un dérivé siliconé de phtalocyanine .

Le composé permettant l'hydrolyse d'un composé à base de silane est avantageusement choisi dans le groupe constitué par l'urée, la thiourée, l'ammoniaque, une aminé telle que la triméthylamine ou la triéthylamine et leurs mélanges. Le composé permettant l'hydrolyse d'un composé à base de silane mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est, plus particulièrement, de l'urée. En effet, cette dernière présente la propriété avantageuse de se dégrader, lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention, en produits volatiles (CO ₂ et NH ₄ OH) .

Le composé permettant l'hydrolyse d'un composé à base de silane présente une molarité comprise entre 100 μΜ et 400 mM, notamment entre 500 μΜ et 300 mM et, en particulier, entre 1 mM et 200 mM dans la solution (S' ) .

L'étape (b) du procédé selon la présente invention consiste donc à ajouter la solution (S') à la solution (S _a ) préparée lors de l'étape (a) . Cet ajout se fait rapidement et, en particulier, la solution (S _a ) est injectée dans la solution (S') .

Le rapport [volume de Solution (S _a ) ] / [volume de Solution (S' ) ] est avantageusement compris entre 1/2000 et 1/20, notamment, entre 1/1600 et 1/50, en particulier, entre 1/1200 et 1/80 et, tout particulièrement, entre 1/200 et 1/80.

L'étape (b) peut être mise en œuvre sous agitation en utilisant un agitateur, un barreau magnétique, un bain à ultrasons ou un homogénéisateur . Avantageusement, cette agitation est mise en œuvre une fois le mélange de la solution (S _a ) et de la solution (S') achevé. Typiquement, l'agitation de la solution mise en œuvre lors de l'étape (b) du procédé selon l'invention est une agitation vive. En particulier, la solution (S _b ) obtenue est soumise à une agitation comprise entre 50 et 1000 rpm et notamment entre 100 et 800 rpm .

L'étape (b) peut être mise en œuvre à une température comprise entre 10 et 40°C, avantageusement entre 15 et 30°C et, plus particulièrement, à température ambiante (i.e. 23°C ± 5°C) pendant une durée comprise entre 30 sec et 10 min et, notamment, entre 1 min et 5 min. La durée de la phase d'agitation durant l'étape (b) est avantageusement comprise entre 15 sec et 6 min et, notamment, entre 30 sec et 3 min.

L'étape (c) du procédé selon l'invention vise à chauffer la solution ( S _b ) et à forcer le solvant organique miscible dans l'eau qu'elle contient à s'évaporer rapidement moyennant quoi les composés issus de l'hydrolyse du (ou des) dérivé (s) siliconé(s) à base de phtalocyanine et éventuellement du (ou des) composé (s) à base de silane présents dans la solution ( S _b ) se condensent pour former des particules de silice.

Le but de l'étape (c) est atteint en soumettant la solution ( S _b ) à une irradiation par des micro-ondes. Avantageusement, la puissance mise en œuvre lors de cette irradiation est comprise entre 200 W et 1000 W, notamment entre 450 W et 900 W et, en particulier, entre 500 W et 800 W. L'irradiation par des micro-ondes peut être mise en œuvre en utilisant un four à micro ^¬ ondes tel que Sharp Compact R-230A ou un générateur de micro-ondes tel que ceux décrits dans [21] et [22] ou un Labo-star Stereomode de Synerwave. L'étape (c) peut être mise en œuvre pendant une durée comprise entre 5 sec et 5 min, notamment, entre 10 sec et 3 min et, en particulier, entre 20 sec et 1 min. Plus particulièrement, une irradiation de 30 sec ou de 45 sec peut être utilisée.

Toute technique permettant de récupérer les particules de silice incorporant au moins un dérivé de phtalocyanine, obtenues par condensation lors de l'étape (c) , peut être mise en œuvre lors de l'étape (d) du procédé selon l'invention. Avantageusement, cette étape (d) met en œuvre une ou plusieurs étapes, identiques ou différentes, choisies parmi les étapes de centrifugation, de sédimentation et de lavages.

La (ou les) étape (s) de lavage est (sont) effectuée (s) dans un solvant polaire tel que de l'eau, de l'eau désionisée, de l'eau distillée, acidifiées ou basiques ; les solvants hydroxylés comme le méthanol, l'éthanol et 1 ' isopropanol ; les glycols liquides de faible poids moléculaire tels que 1 ' éthylèneglycol ; le diméthylsulfoxyde (DMSO) ; 1 ' acétonitrile ; l'acétone ; le tétrahydrofurane (THF) et leurs mélanges, ci-après désigné « solvant de lavage ». Avantageusement, le (ou les) solvant (s) polaire (s) mis en œuvre lors des étapes de lavage sont choisis dans le groupe constitué par l'eau, l'eau désionisée, l'eau distillée, acidifiées ou basiques, un solvant hydroxylé et leurs mélanges. Lorsque l'étape de récupération met en œuvre plusieurs lavages, un même solvant polaire est utilisé pour plusieurs voire pour tous les lavages ou plusieurs solvants polaires différents sont utilisés à chaque lavage .

Concernant une (ou plusieurs) étape (s) de centrifugation, elle (s) peu(ven)t être mise (s) en œuvre en centrifugeant les particules de silice notamment dans un solvant de lavage à température ambiante, à une vitesse comprise entre 4000 et 10000 rpm et, en particulier, de l'ordre de 8000 rpm (i.e. 8000 ± 500 rpm) et ce, pendant une durée comprise entre 1 min et 2 h, notamment entre 2 min et 1 h, en particulier entre 3 min et 30 min, et, tout particulièrement, pendant 5 min.

Avantageusement, l'étape (d) du procédé selon la présente invention consiste en 2 lavages successifs, séparé une sédimentation par centrifugation. Plus particulièrement, le 1 ^er lavage est effectué avec un solvant hydroxylé et notamment avec de l'éthanol et le 2 ^nd lavage avec de l'eau. Le procédé selon la présente invention peut comprendre, suite à l'étape (d) , une étape supplémentaire consistant à purifier les particules de silice obtenues, cette étape additionnelle étant ci- après désignée « étape (e) ».

Avantageusement, cette étape (e) consiste à mettre les particules de silice récupérées après l'étape (d) du procédé selon l'invention au contact d'un très large volume d'eau. Par « très large volume », on entend un volume supérieur d'un facteur 50, notamment d'un facteur 500 et, en particulier, d'un facteur 1000 au volume de particules de silice, récupérées après l'étape (d) du procédé selon l'invention. L'étape (e) peut être une étape de dialyse, les particules de silice étant séparées du volume par une membrane de cellulose, du type Zellu trans ^® (société Roth) . Alternativement, on peut prévoir une étape d' ultrafiltration à la place de l'étape de dialyse, via une membrane en polyéthersulfone .

L'étape (e) peut, de plus, être mise en œuvre sous agitation en utilisant un agitateur, un barreau magnétique, un bain à ultrasons ou un homogénéisateur, à une température comprise entre 0 et 30°C, avantageusement entre 2 et 20°C et, plus particulièrement, à froid (i.e. 6°C ± 2°C) et ce, pendant une durée comprise entre 30 h et 15 j , notamment entre 3 j et 10 j et, en particulier, pendant 1 semaine.

La présente invention concerne également la solution ( S _b ) susceptible d'être mise en œuvre dans le cadre du procédé selon l'invention. Cette solution comprend :

un (ou plusieurs) solvant (s) organique (s) miscible (s) dans l'eau, notamment tel (s) que précédemment défini (s),

- de l'eau, notamment telle que précédemment définie,

- un (ou plusieurs) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine notamment tel (s) que précédemment défini ( s ) , un (ou plusieurs) composé (s) capable (s) d'hydrolyser un composé à base de silane, notamment tel (s) que précédemment défini (s), et

- éventuellement un (ou plusieurs) composé (s) à base de silane, notamment tel (s) que précédemment défini ( s ) .

Avantageusement, la solution ( S _b ) objet de la présente invention comprend :

- un (ou plusieurs) solvant (s) miscible (s) dans l'eau, notamment tel (s) que précédemment défini (s), en une quantité comprise entre 0,01 et 10% et notamment entre 0,1 et 5% en volume par rapport au volume total de ladite solution,

de l'eau, notamment telle que précédemment définie, en une quantité comprise entre 90 et 99, 99% et notamment entre 95 et 99, 9% en volume par rapport au volume total de ladite solution,

- un (ou plusieurs) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine, notamment tel (s) que précédemment défini (s), en une quantité comprise entre 500 nM et 4 mM, notamment entre 1 μΜ et 3 mM et, en particulier, entre 10 μΜ et 2 mM,

un (ou plusieurs) composé (s) capable (s) d'hydrolyser un composé à base de silane, notamment tel (s) que précédemment défini (s), en une quantité comprise entre 100 μΜ et 400 mM, notamment entre 500 μΜ et 300 mM et, en particulier, entre 1 mM et 200 mM, et

- éventuellement un (ou plusieurs) composé (s) à base de silane, notamment tel (s) que précédemment défini (s), en une quantité comprise entre 500 nM et 4 mM, notamment entre 1 μΜ et 3 mM et, en particulier, entre 10 μΜ et 2 mM.

Plus particulièrement encore, la solution (Sb) objet de la présente invention comprend :

- du THF en une quantité de l'ordre de 1% (i.e.

1% ± 0,2%) en volume par rapport au volume total de ladite solution,

de l'eau désionisée en une quantité de l'ordre de 99% (i.e. 99% ± 0,2%) en volume par rapport au volume total de ladite solution,

- un (ou plusieurs) dérivé (s) siliconé(s) de phtalocyanine en une quantité de l'ordre de 1,60 mM (i.e. 1,60 mM ± 0,20 mM) ,

de l'urée en une quantité de l'ordre de 160 mM (i.e. 160 mM ± 20 mM) .

La présente invention concerne, de plus, une particule de silice susceptible d'être préparée par le procédé de la présente invention. Cette particule est une particule de silice comprenant au moins un dérivé de phtalocyanine, telle que précédemment définie. Elle se distingue des particules de silice de l'état de la technique de par les deux liaisons covalentes qui lient l'atome Si au dérivé de phtalocyanine, le dérivé de phtalocyanine n'étant pas un groupement qui fonctionnalise la particule de silice.

De plus et de façon surprenante, les particules de silice obtenues selon le procédé de l'invention se distinguent des particules sphériques obtenues dans l'état de la technique par irradiation par des micro ^¬ ondes (cf. [21], [22] et [23]) en se présentant sous forme de plaquettes et notamment sous forme de nanoplaquettes .

Par « nanoplaquette », on entend, dans le cadre de la présente invention, un parallélépipède rectangle présentant au moins deux de ses dimensions caractéristiques inférieures ou égales à 100 nm. Avantageusement, une nanoplaquette, dans le cadre de la présente invention, comprend :

- une longueur supérieure à 100 nm et notamment comprise entre 100 et 500 nm ;

- une épaisseur comprise entre 2 et 20 nm et, notamment, entre 5 et 10 nm ; et

- une largeur comprise entre 20 et 80 nm et, notamment, entre 40 et 60 nm.

La figure 1 est la représentation d'une nanoplaquette susceptible d' être obtenue par le procédé de l'invention.

Dans le cadre de la présente invention, les termes « particule de silice », « nanoparticule de silice », « nanoplaquette de silice » peuvent être utilisés de façon équivalente pour définir le produit préparé par mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Les particules de silice obtenues par le procédé selon la présente invention se présentent sous forme d'un matériau cristallin et conducteur. Le caractère cristallin de ces particules et notamment de ces nanoplaquettes permet encore de les distinguer par rapport aux particules de silice de l'état de la technique. En effet, la silice est généralement amorphe quand elle est produite par voie sol-gel. De plus, la cristallinité des particules de silice selon l'invention permet de contrôler leur pureté, contrairement à la silice amorphe produite par voie sol-gel. Dans le cadre du procédé de préparation selon l'invention, aucune impureté ne s'introduit dans le matériau. Ce procédé de cristallisation constitue donc, de fait, un procédé de purification.

En ce qui concerne le caractère conducteur des particules de silice obtenues par le procédé selon l'invention, il est intimement lié à la conservation du phénomène d'absorption associé au macrocycle aromatique des dérivés de phtalocyanine, ce qui implique un transfert d'électrons et donc une délocalisation électronique résultant en une possible conductivité électronique .

Les particules de silice selon l'invention peuvent être éventuellement fonctionnalisées et/ou éventuellement poreuses.

La présente invention concerne enfin l'utilisation d'une particule de silice selon l'invention dans des domaines choisis dans le groupe constitué par la catalyse, l'imprimerie, les peintures, la filtration, la polymérisation, l'échange thermique, la stabilité thermique, la chimie des matériaux, le raffinage d'hydrocarbures, la production d'hydrogène, les absorbants, l'industrie alimentaire, le transport d'agents actifs, les biomolécules, les produits pharmaceutiques, les revêtements calorifugés, les composés bioélectroniques et les dispositifs électroniques, optiques, de semi-conducteurs et de capteurs . D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous donnés à titre illustratif et non limitatif, et faisant référence à la figure annexée.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La Figure 1 est une représentation schématique d'une nanoplaquette susceptible d'être obtenue par le procédé selon la présente invention.

La Figure 2 présente une vue obtenue par microscopie électronique en transmission (MET) des nanoparticules de silice préparées par le procédé selon l'invention avec une irradiation micro-ondes à 560 W pendant 30 sec.

La Figure 3 présente une vue obtenue par microscopie électronique en transmission (MET) des nanoparticules de silice préparées par le procédé selon l'invention avec une irradiation micro-ondes à 750 W pendant 45 sec.

La Figure 4 présente le spectre obtenu lors de l'analyse élémentaire par EDSX (pour « Energy Dispersive Spectrometry of X-rays ») d'une nanoparticule comprenant un dérivé de phtalocyanine préparée selon le procédé de l'invention.

La Figure 5 présente les spectres d' absorption des dérivés phtalocyanines dans les nanoparticules préparées selon le procédé de l'invention avec une irradiation micro-ondes à 560 W pendant 30 sec, à 560 W pendant 45 sec, à 750 W pendant 30 sec et à 750 W pendant 45 sec. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

I . Procédé de préparation de nanoparticules de silice selon l' invention.

Une solution à 1 g/1, soit 0,166 M du précurseur de silice (dérivé siliconé de phtalocyanine : le 2 , 3-naphthalocyaninato- bis (trihéxylsiloxy) silane (ou « silicon 2,3- naphtalocyanine bis ( trihexylsilyloxide ») est préparée dans le THF.

Cette solution (200 μΐ) est injectée dans 20 mL d'eau déionisée à 1% massique en urée (soit une solution d'eau déionisée à 0,166 M d'urée) et la solution obtenue est vivement agitée (100 rpm ; 1 min), puis irradiée (Labo-star Stereomode de Synerwave) immédiatement à différents temps (30 sec et 45 sec) et puissances (560 W et 750 W) . Ainsi, des échantillons ont été irradiés pendant 30 sec à 560 W, pendant 45 sec à 560 W, pendant 30 sec à 750 W et pendant 45 sec à 750 W (soit 4 protocoles d'irradiation) .

Après l'étape de lavage (éthanol et eau) ainsi qu'une étape de sédimentation par centrifugation (8000 rpm ; 5 min), la purification des nanoparticules obtenues est achevée par dialyse dans l'eau (1 L) sous agitation magnétique pendant une semaine.

II . Caractérisation des nanoparticules de silice obtenues.

Les nanoparticules de silice dispersées dans l'eau (20 mL) sont caractérisées par analyse en microscope électronique en transmission (MET) . Plus particulièrement, ces nanoparticules dispersées dans l'eau sont prélevées à l'aide d'un film carbone. Ensuite le film carbone est séché quelques minutes sous une lampe, avant que les nanoparticules ne soient observées.

Les échantillons ont été observés en microscopie 2000FX. Des nanoparticules se présentant sous forme de plaquettes sont observées (Figures 2 et

3) . Aucune différence n'existe entre les nanoparticules obtenues selon les 4 protocoles d'irradiation présentés ci-dessus .

De plus, les nanoparticules de silice contenant un colorant de type phtalocyanine ont été analysées par EDSX (pour « Energy Dispersive Spectrometry of X- rays ») afin de confirmer la présence de silice (Figure

4) .

Les spectres d' absorption des dérivés phtalocyanines dans les nanoparticules préparées selon le procédé de l'invention montrent généralement deux absorptions typiques appelées Q-band (780-783 nm) et B- band ou Soret band (340-360 nm) (Figure 5) . Ces absorptions sont sensibles aux substitutions moléculaires du cycle de la phtalocyanine (sur les sites périphériques et non-périphériques) ainsi qu'à l'environnement dans lequel réside la phtalocyanine. Il convient de remarquer que, comparativement, les phtalocyanines dans des billes de silice n'absorbent pas . RÉ FÉRENCE S

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