VEILLE TECHNOLOGIQUE

Qu’est ce qu’une veille technologique ?
La veille technologique est un système organisé de collecte d’informations basé sur un relevé de sources techniques (comme les brevets par exemple). Ces informations donnent une vue partielle de l’état de l’art dans un domaine spécifique. La deuxième étape de la veille consiste à organiser, en interne dans son organisation, l’analyse de ces informations afin de mener à des décisions stratégiques.

Vu l’étendue du secteur “Chimie, Sciences de la vie”, la veille abordera chaque année un nouveau domaine technologique. Ces rapports vous fourniront des informations détaillées sur les plus récentes évolutions dans divers domaines technologiques. Il pourront aussi constituer une précieuse source d’idées et d’innovations pour votre entreprise. Si un des articles parus dans le bulletin éveille votre attention, n’hésitez pas à contacter leurs auteurs qui pourront vous en dire plus et peut-être, vous accompagner dans l’implémentation de votre projet.

Mars 2018

TECHNOLOGY WATCH: Ceramic like coatings to improve chemical resistance

Metals have many attractive physical characteristics, such as stiffness and high strength-to-weight ratios but they are highly sensitive to corrosion in aggressive environments. With the application of coatings, corrosion can be minimized and controlled through different mechanisms like barrier effects, which prevent contact between the corrosive environment and the substrate, a cathodic protection with a sacrificial anode or the use of passivation species etc. Many existing anticorrosion solutions like chromate-based chemical conversion coatings have been restricted due to their impact on the environment. This has led to enormous efforts in research to identify alternative coatings that are more environmentally friendly(1-2).

To improve corrosion resistance, several alternative deposition techniques exist for the addition of a vitreous or ceramic-type protective layer on metals, including gas phase processes like physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD), enamelling operations, plasma spraying, etc. These deposition techniques require high-temperature deposition which could, in some cases, deform the substrate, e.g. with the enamelling process on aluminium. In addition, for gas-phase processes, expansive deposition equipment is often required.
On the other hand, sol-gel processes offer an interesting alternative as protective coatings. Indeed, it is a low-temperature, liquid-based process that uses chemical precursors to produce oxides in various forms like coatings and new materials among many others. In summary, the sol-gel process corresponds to the creation of an oxide network through chemical reactions in a tri-dimensional lattice, which creates a gel, from a solution with alkoxides and inorganic atoms like Si, Ti, Zr …Finally, drying the film through an evaporation process creates a vitrified thin film. The entire process takes place at low temperatures with a deposition process as easy as dip coating, spray coating... (3)
 
Within the patent deposited by H. Schmidt from EPG in Germany(4),  they highlight the limited performance of sol-gel coatings in a dishwasher environment. The invention relates to the development of a multi-layer protective coating with a base layer containing a common alkali or alkaline earth metal silicate applied directly to the metal. This layer is sealed by a top layer which has no alkali metal and alkaline earth metal in the top coating composition. This latter layer has a substantially better chemical resistance than the base layer. In a further optional step, a fluorine-containing coating composition is proposed to give an additional anti-adhesive property to the protective layer. The latter has a thickness of 4 to 6 µm. In addition, the inventors highlight the possibility of adding ceramic pigment to access all visible colours. The main application for this invention was to develop a coating with sufficient chemical resistance to be resistant in the dishwasher, as it has a high-degree of decorative appeal for kitchen equipment that is in daily use. Other applications for this protective layer can also be considered in other industries like the chemical, food industry etc.…

A similar coating has also been invented by A. Iegiani et al. from Indesit and Whirlpool EMEA(5).  The deposition process differs slightly but the coating is also composed of two layers. The invented protective layer enhances the surface properties of the stainless-steel surface which becomes scratch-proof, easy to clean and resistant to stains and discolouring. This coating has been developed for surface kitchen components, household electrical appliances or kitchen accessories made of stainless steel.

Finally, it is worth highlighting the patent deposited by J. Lu from Akzo Nobel that proposes a two-component sol-gel process formed with two separate components which need to be mixed immediately before application(6).  The present invention provides for a coating composition that is capable of forming a coating with high hardness, high scratch resistance, good thermal impact resistance, inertia to acid and stains, UV transparency and excellent adhesion to substrates such as metal and glass. The use of two separate components combines a desirable, long shelf-life with a high curing rate. Indeed, once prepared, the coating composition may be cured in, e.g., 15 minutes at a temperature of between 150°C and 180 °C which is an improvement in terms of ease of operation and cost. The inorganic coating offers high mechanical performance and excellent chemical resistance without sacrificing the adhesion to substrate performance, impact resistance and thermal shock resistance. In addition, the coating is easy to clean or self-cleaning. The coating composition for the present invention is friendly to the environment.

(1) D. Wang et al. Progress in Organic Coatings 64 (2009) 327–338
(2) R.B. Figueira – J. Coat. Technol. Res. 12 (2015) 1-35
(3) F. Collignon - Cahier technologique Sol-Gel du Certech - http://docplayer.fr/10621637-Cahier-technologique-sol-gel.html
(4) H. Schmidt et al. – EPG – Patent WO2011110681 A2
(5) A. Iegiani et al. – Indesit and Whirlpool EMEA – Patent WO2014102656 A1
(6) J. Lu – Akzo Nobel Coatings – Patent WO2014102166 A1

Mars 2018

TECHNOLOGY WATCH: Innovations to produce stable emulsions thanks to flow chemistry technologies

Continuous flow chemistry is a growing trend in the development of new production processes in the pharmaceutical industry. Over the last few years, these industries started presenting fully continuous processes for API manufacturing. For example, GSK launched a continuous manufacturing pilot plant in November 2016 and Janssen HIV started a process for the drug Prezista which was greenlighted by the FDA in April 2016(1-2).

This growing interest for processes that use continuous micro- and milli-reactors can be attributed to a range of advantages offered by this technology. Compared to traditional batch reactors, continuous flow microreactors typically exhibit enhanced heat and mass transfer, improved safety and higher levels of controllability(3). 

These improvements are possible thanks to the small channel size within the microreactors. For example, the excellent heat transfer, due to the small scale, combined with reactors made of material with high thermal conductivity, like silicon carbide, can drastically improve the performance and the controllability of the reaction(4).  These continuous production principles also simplify the scaling-up of a process. Indeed, there is no need to increase the size of each tube which would mean reconsidering the entire fluidic of the reactor (as is the case when scaling-up a batch process by increasing the vessel size). By using micro-reactors, the process can simply be duplicated to raise the production volumes. Moreover, the small footprint of this manufacturing equipment means it can be located in confined spaces. It could even be decentralised close to the customer which is useful, e.g., for the production of unstable products.

The production of emulsions presents a challenge for several branches of industry like the food industry, pharmaceuticals industry and cosmetics industry which need small size droplets. The stability of the emulsion increases with decreasing droplet size with a low polydispersity index. Droplet size of more than 10 μm tends to transform emulsions into two separate phases in a short time. Ideally, the droplet size should be below 1 μm to improve, for example, the emulsion stability, the performance and the control of chemical reactions between heterogenous liquids, the bioavailability of hydrophobic drugs etc.
There are various conventional methods for producing such emulsions by performing mixing at high shear using rotor/stator systems, high pressure homogenization, ultrasonic homogenization etc. However, most of these methods require high-energy input into the system to control the droplet size while maintaining good dispersity(5).
 
In the field of flow chemistry, mixing is a fundamental issue since it opens possibilities for better control of the blend process. Parameters that are important to control for good mixing quality are the fluid viscosity, the flow rates, the ratio of the two components of the mix, the temperature and the design of the micro-mixer. The design of new equipment and optimization of the parameters are therefore largely studied to improve mixing control and then the chemical and formulation processes, as described in the review (see reference  ). 
This paper highlights three patented innovations to perform continuous emulsions using milli- and micro-fluidics. They are all based on the impinging jet principles with single or multiple streams that collide with sufficient pressure in a reaction chamber to create the emulsion. The micro-mixing technologies presented are also used for crystallization, for the development of continuous processes to generate small particle sizes, but this part will not be developed in this article. 

In 2009, T. Panagiotou et al. from Microfluidics International patented a system that utilizes microreactor technology which facilitates highly effective molecular contacts within a defined reaction chamber to achieve efficient mixing and interaction at a micro or molecular level between two feed streams. To perform this mixing, the streams are injected through narrow flow channels within the reaction chamber at high energy, using intensifier pumps. Hence, the streams enter the chamber with high fluid velocities and high associated shear rates, as described in the patent.  The time during which first and second feed streams are combined prior to their introduction to the microreactor is generally minimized, thereby avoiding potential reactions and other constituent interactions prior to micro- or nano-scale interactions within the microreactor. Various microreactor designs may be employed. The different designs are presented and discussed in more detail within the patent ‘interaction chamber for the apparatus’ published in 2012.  Improved designs of the interaction chambers that reduce cavitation were patented in 2017.  As an example of application, the authors presented the use of their microfluidizer for biodiesel synthesis. They highlight that improved control of the emulsions offers the possibility of improving reaction efficiency for the biodiesel synthesis which takes place in a heterogeneous phase. In conclusion, they observe that the intense mixing creates small droplets of methanol dispersed in the soybean oil phase. The small droplet size, formed using process intensification reactors combined with micro-mixing, enhances the mass transfer rates tremendously which increases the reaction rates for biodiesel formation.  

B. Baumstümmler et al. from Instillo patented a new method for the manufacture of emulsions that also allow for the preparation of asymmetric emulsions.7 After a pre-emulsion step created with two non-miscible liquids, the mix is pumped by separate openings of a fixed diameter. At a high flow rate, the liquids meet at a collision point in a room. A collision plate is formed which, due to the kinetic energy, creates a homogeneous emulsion. An oil droplet size of less than 1 µm is achieved without the need for additional shear forces. Since the collision occurs in the room, there is no risk of a blockage, as is the case with micro-channels. This continuous-operation method could be repeated several times. In the examples cited by the authors, it was observed that, with 50 ml/min oil flow and 250 ml/min at 2 bar of pressure, the smaller the diameter of the opening (preferably between 100 and 2,000 µm diameter), the smaller the droplet size. In all cases, an oil droplet size of less than 500 nm was achieved.

J. Bellettre et al. from Nantes University also patented a device for carrying out the continuous emulsion of water-in-oil for immediate use and involving rates compatible with industrial applications.  The emulsifying microsystem comprises two microchannels facing each other for inlet of each fluid into the device, as well as two micro-channels for the outlet of the emulsion from the device once formed. The oil inlet microchannel has a square cross of 600 µm per side and the water inlet section was reduced to 300 µm with an offset along a central intake axis. This configuration creates a swirl within the impinging zone forming a pre-emulsion that flows in the output micro-channels. The device also includes at least one singularity, corresponding to a 90-degree elbow. These singularities destabilize the interface between the two liquids and thus further split the filament formed in the outlet microchannels to create the stable emulsion. The target applications for this invention relate to the field of energy conversion such as internal combustion. Studies have shown that the presence of a small fraction of water finely emulsified (order droplets from 5 to 10 μm) in the liquid fuel lowers the combustion temperature and improves the performance of the combustion, lowering the emission of particles and partially-burned fuel.
 

(1) https://www.pharmaceuticalonline.com/doc/how-gsk-launched-a-continuous-manufacturing-pilot-plant-and-what-it-learned-0001
(2) Laurent Pichon - Chimica Oggi - Chemistry Today - vol. 34(4) July/August 2016 P 4
(3) Bernhard Gutmann et al. React. Chem. Eng., 2017, 2, 919-927

(4) Norbert Kockmann et al. - React. Chem. Eng., 2017, 2, 258–280

(5) Method for producing emulsions, B. Baumstümmler et al. from Instillo – Patent WO2017129177 A1
(6) J. Aubin et al. / Chemical Engineering Science 65 (2010) 2065–2093 - Yong Kweon Suh et al., Micromachines 2010, 1, 82-111
(7) Apparatus and methods for nanoparticle generation and process intensification of transport and reaction systems, T. Panagiotou et al., 2009 – Patent WO2009132171 A1
(8) Interaction chamber with flow inlet optimization, R. Xiong et al., 2012 – Patent US20120263013 A1
(9) Interaction chambers with reduced cavitation, T. Panagiotou et al., 2017 - Patent US20170216784 A1  
(10) Device and method for carrying out continuous emulsion of two immiscible liquids, J. Bellettre et al., 2017 – Patent WO2017103498 A1

Décembre 2017

VEILLE TECHNOLOGIQUE: LA CHROMATOGRAPHIE CONTINUE A L'ECHELLE INDUSTRIELLE

Dans la troisième veille technologique de la Cellule brevets d'essenscia, vous découvrirez ce qu'est la chromatographie continue, pourquoi cette technologie innovante peut être intéressante pour votre entreprise et quelles sont les tendances.

La chromatographie continue peut être une alternative pour la séparation de molécules ayant des points d'ébullition proches les uns des autres et où donc les techniques de distillation conventionnelles ne sont pas efficaces. Ou encore, pour la séparation des formes chirales de la même molécule, des mélanges où la cristallisation n'est pas possible, pour des mélanges azéotropiques ...
La chromatographie continue est aussi appelée simulated moving bed chromatography. Par rapport à la chromatographie discontinue où la séparation a lieu au cours du temps, la séparation se produit ici dans l'espace, ce qui augmente considérablement l'efficacité de la séparation. Cette technologie est apparue dès 1957 pour la séparation des n-paraffines, et a perduré jusqu'aux années 1990 jusqu'à ce que la technologie se soit étendue à d'autres industries.
Outre les brevets chinois, les Etats-Unis, la France, l'Allemagne et la Corée du Sud sont les 5 premiers acteurs dans le domaine de la propriété intellectuelle en chromatographie continue.
En analysant le changement des codes de citation, il est déterminé que le brevet original est cité dans une grande variété de domaines: dans la première génération de brevets, il passe de la séparation des paraffines à la séparation des huiles après craquage, séparation du n-xylène et également aux séparations dans des applications alimentaires telles que la séparation des sucres et des protéines. Dans les brevets de deuxième génération, le domaine d'application est encore en expansion et la technologie a également plus d'applications dans l'industrie pharmaceutique pour les structures chirales et dans les aliments pour la séparation des enzymes de panification et des procédés de brassage de la bière.

L'analyse de nouveaux groupes de codes postérieurs à 2011 qui font référence au brevet original permet d’identifier sept domaines spécifiques: l'industrie pétrochimique, l'industrie des procédés chimiques, l'industrie pétrolière, l'agroalimentaire, l'industrie pharmaceutique, l'agro-industrie et la microbiologie industrielle. Entretemps, la chromatographie continue est devenue une technologie clé dans l'industrie alimentaire et pharmaceutique.
Patent Cell Presentation CREAX Continuous Chromatography

Mai 2017

Avril 2017

VEILLE TECHNOLOGIQUE: TENDANCES EN MATIERE DE CHIMIE DES SUCRES

Vu l'intérêt croissant pour les matières premières d'origine biologique dans le secteur des produits chimiques, et à la demande d'un certain nombre de sociétés, nous avons choisi pour la première veille technologique de 2017 de présenter les tendances des brevets dans les produits à base de sucre (hors industries alimentaire et pharmaceutique).

En observant l'évolution mondiale des brevets au cours des 20 dernières années, nous constatons une nette augmentation du nombre de brevets dans le monde entier.
Cette tendance s’affiche surtout en Chine, qui a connu une croissance remarquable au cours de ces 10 dernières années. Le Japon, les Etats-Unis et la Corée ont également été très productifs en la matière.
En écartant la Chine des résultats, nous constatons une croissance significative des perspectives d'activités pour la chimie des sucres. Cette évolution est déduite de l’augmentation du nombre de brevets par famille de brevets, qui implique que les brevets sont également déposés en dehors du pays d'origine de l’innovation

Les principaux domaines d'application pour les dérivés de sucre sont les biocarburants, les cosmétiques et les agents tensioactifs.
Nous avons identifié les principaux dérivés de sucre, les principales voies de synthèse et  les acteurs majeurs au niveau mondial.
A partir de ces résultats, l’accent a ensuite été mis sur sept dérivés de sucre spécifiques pour lesquels les entreprises avaient exprimé un intérêt.
Le rapport complet peut être consulté via
ce lien.

Pour plus d’informations ou des suggestions sur les prochaines veilles technologiques, contactez la Cellule brevets d’essenscia.

Décembre 2016

TECHNOLOGY WATCH: MATERIALS FOR ADDITIVE MANUFACTURING

La Cellule brevets d’essenscia publie sa dernière veille technologique de 2016. Cette veille technologique examine les tendances et les développements dans les matériaux utilisés dans la fabrication additive ou «Impression 3D». La fabrication additive est une technologie qui permet de créer des objets par l'application de couches successives d'un matériau en utilisant un ordinateur et un modèle numérique de l'objet. Plusieurs technologies ont été développées en fonction du matériau utilisé et de l'application.

De manière générale, les matériaux traités peuvent être divisés en trois catégories : les plastiques, les poudres et les liquides.

Outre les thermoplastiques et caoutchoucs thermoplastiques traditionnels, on observe un important développement de la recherche dans le domaine des matériaux renouvelables, du recyclage et de l'utilisation des déchets dans la fabrication additive. On note également une intensification de la recherche dans l'utilisation de matériaux biodégradables pour l'impression 3D, en particulier pour les implants médicaux. Outre les polymères, d’importantes recherches sont menées sur de nombreux composites et nanocomposites.

Au niveau des poudres, il s’agit principalement de différentes poudres métalliques, céramiques ou d’alliages métal-céramique. Des poudres polymères pour un frittage sélectif par laser ont également été développées.

Les liquides sont principalement utilisés dans la stéréolithographie ou impression 3D «jet d'encre» et sont ensuite durcis. Les acrylates, les silicones, les polycarbonates et les systèmes de PU à deux composants sont ici typiquement utilisés. En outre, des matériaux composites 3-D sont développés à partir de dispersions de nanoparticules dans un liquide.

Vous retrouverez un aperçu -non exhaustif de ces nouveaux matériaux et des brevets qui y sont associés sur ce lien.

Octobre 2016

TECHNOLOGY WATCH: CARBON DIOXIDE CONVERSION

Retrouvez l’article complet sur ce lien.

Avril 2016

TECHNOLOGY WATCH: LES POLYMERES AYANT UNE APPLICATION MEDICALE

 

Cette veille technologique vous donne un aperçu des différents polymères ayant des applications médicales.

Vous y retrouverez entre autres les compositions, hydrogels, matériaux à mémoire de forme, nanoparticules,…

Ce document inclut un brève description de chaque type de polymères ainsi que les récentes demandes de brevets dans ce domaine.

Retrouvez l’article complet sur ce lien.

 

Pour plus d’informations ou des suggestions sur les prochaines veilles technologiques, contactez la Cellule brevets d’essenscia.

Novembre 2015

TECHNOLOGY WATCH: NOUVELLES TENDANCES DANS LES BIOPOLYMERES

Cette veille technologique est consacrée aux tendances dans les biopolymères. Après une introduction concise à la définition exacte de ce que l’on entend par biopolymères, l’article fait état des évolutions les plus importantes en matière de brevets qui ont été publiées sur le sujet. Au cours de ces dernières années, on note une augmentation significative du nombre de brevets pour les polymères.

Retrouvez l’article complet sur ce lien

Juillet 2015

TECHNOLOGY WATCH: PLASTICIZERS

Cet article vous éclairera sur les dernières évolutions technologiques des plastifiants, additifs utilisés afin d’améliorer les caractéristiques des polymères.
Leur développement est particulièrement axé sur la durabilité étant donné qu’aujourd’hui 50% de la recherche s’oriente vers l’utilisation de ressources renouvelables.

Vous pouvez consulter l'article via ce lien

Janvier 2015

Dans le cadre de sa veille technologique, le centre de recherche EMRA a mis en lumière les innovations suivantes:

Août 2014

Janvier 2014

Dans le cadre de sa cellule brevets, essenscia a mis en place avec des partenaires technologiques, une veille technologique basée sur l’analyse des brevets récents. C’est le Cori, centre de recherche spécialisé dans les coatings qui est actuellement notre partenaire.
Pour ce 3ème rapport, ce sont les composites qui sont à l’honneur. Petit tour de ce que l’on peut trouver dans ce rapport fouillé de 15 pages :

  • Une cartographie des grands déposants par entreprises et par pays
  • Une analyse des grandes tendances
  • Les différences de type de recherche entre académies et industrie
  • Les accord/alliances conclus entre grands du secteur
  • Les stratégies des grands acteurs (Allemagne, Japon, US, Chine,…)
  • Les grands domaines d’application : électronique (LED), stockage énergie, aéronautique & automobile.

Au niveau des tendances, on retrouve :
  • Les facteurs environnementaux : composites bio-basés, compostables ou biodégradables, réalisation d‘analyses de cycle de vie
  • Les nouvelles technologies : réduction du nombre d’étapes de fabrication, nanostructures.

Le rapport comprend également un petit volet sur les coatings.
Pour en savoir plus, n’hésitez pas à consulter le rapport complet sur notre extranet en cliquant sur ce lien.

Les non-membres qui seraient intéressés par un exemplaire, peuvent en faire la demande par mail à Isabelle Descamps.

Octobre 2013: nanomatériaux

En tant que membre d’essenscia, vous trouverez le rapport sur notre extranet.

Les non-membres qui seraient intéressés par un exemplaire, peuvent en faire la demande par mail à Isabelle Descamps.

Juillet 2013

En tant que membre d’essenscia, vous trouverez le rapport sur notre extranet.

Les non-membres qui seraient intéressés par un exemplaire, peuvent en faire la demande par mail à Isabelle Descamps.