Journée de restitution

BIONICOMP (FUI 14)

2013-2016

Sophie ROUIF

Coordinatrice du projet

Potentialités du radiogreffage sur fibres

naturelles pour composites : mise en œuvre et avantages

16 juin 2017 - Solaize

Potentialités du radiogreffage sur fibres naturelles pour composites : mise en œuvre et avantages

Présentation de Ionisos

Principe du radiogreffage / Avantages

Technologies

• 2 types de radiations possibles

• 3 niveaux de pénétration / types d’installation

• Débits de dose / vitesses / capacités

Stratégie de chimie sous rayonnement (2 approches)

Stratégies retenues pour Bionicomp / Avantages et limites

Conclusions

Agenda

Activités :

� Stérilisation de matériel médico-chirurgical,produits pharmaceutiques : 60 %

� Décontamination d’emballages et de matièrespremières : 20 %

� Chimie sous rayonnement (réticulation,greffage, radiorésistance …) : 15 %

� Ionisation alimentaire : 1 à 5 %

3

Chiffres :

• Activité remontant à la création de CONSERVATOME (Dagneux) en 1956

• Création par fusion en 1993

Traitements à façon par rayonnements ionisants

� Bombardement électronique (électrons accélérés ou EB)

� Rayons gamma (photons du Cobalt 60).

• n°1 français, n°2 européen

• PME de 70 p

Source de Cobalt 60

Accélérateur d’électrons Rhodotron

6 industrial facilities

Find our subsidiaries on http://www.ionisos.com :

Dagneux (F-Ain) (gamma)

Chaumesnil (F- Aube) (EB 10 MeV)

Gamma « West units »:• Sablé (F-Sarthe)

• Pouzauges (F-Vendée)

Tarancon (Madrid) EB 10 MeV)

Bautzen (Dresden) (2 EB 1,5-3 MeV dedicated to pipes and cables

Symbol / Activities:Sterilization

Cross-linking

5

Qu’est ce que l’ionisation ?

� l’utilisation d’un rayonnement ionisant qui est une radiation

d’une énergie suffisante pour créer au sein du matériau

ionisé des entités réactives, appelées ions, autorisant un

traitement :

� à température ambiante

� à une profondeur maîtrisée.

� Dans le cas d’organismes (bactéries, champignons,

moisissures…), l’ionisation va provoquer leur destruction →

stérilisation

� Dans le cas des polymères, les ions se transforment

instantanément en des radicaux libres, actifs, qui en se

recombinant créent de nouvelles liaisons chimiques

permanentes → chimie sans ajout d’initiateur (1er avantage)

⇒ modifications

chimiques importantes

6

Profondeur de traitement ?

⇒ 2ème avantage des rayonnements ionisants : leur

profondeur de pénétration, permettant de traiter une large

gamme de produits

Principle of radiation grafting

Irradiation EB or Gamma Grafting

Substrate Grafted substrateRadicals

Advantage = no need of initiator

Energy enough to generate free radicals, without any

rick of nuclear activation (energy enough low)

Technologies

2 types of possible radiations

ELECTRON BEAM:

A large range of energies

are possible.

The electron beam scans the parcels filing off under it.

GAMMA RAYS:

Photons are emitted by a

radioactive source (Co60) and complete paletts can file off

around the Cobalt source.

Technologies

Electron: particle with a

mass and a charge.

Acceleration (=energy)

determines the

penetration

2 types of possible radiations

ELECTRON BEAM GAMMA RAYS

Electromagnetic radiation

Highly penetrating by

nature

Production related to the

power of the source

Technologies

Low / medium energy

EB (150 keV – 5 MeV)

3 penetration levels / types of facility

High energy EB (5 – 10 MeV) Gamma rays

Technologies

Doses rate / speed / output

Low / medium energy EB

High energy EB (5 – 10 MeV)

Gamma rays

Penetration 100 mm – 15 mm

for d=1

15 mm – 35 mm

for d=1 (80 mm in

case of 2-sided

treatment)

1-2 m

Type of products Linear (cable, pipe)

and 2-dimensions

(film)

Parcels Parcels and paletts

Dose rate Several hundreds kGy / min 2 kGy / h (time for

secondary reactions

(surface oxidation)

Speed Several hundreds

m / min

1 m / min (25 kGy) 32 pallets at the

same time

2 different strategies

Strategy of radiation chemistry

Chemistry directly triggered

under the rays: simultaneous

Irradiation

Free radicals can be created

previously and use later after

reactivation: pre-Irradiation

Trappered free

radicals

Reactivation of

free radicals on

demand

Currently use for polymerization,

crosslinking and on-line grafting,

☺ In case of radiation sensitive polymers,

promote addition vs chain breakage

☺ One-step immediate reaction

� Substantial investment, except if use of

sealed emitters.

☺ Higher yield

Currently use for

crosslinking of polymer

alloys and for grafting

☺ Higher control of secondary reactions

(oxidation / peroxides)

� 2-steps reaction

☺ Generally possible on existing facilities

(services company).

� Lesser yield

For example, the

reactivation can be

operated in a extruder.

Simultaneous irradiation

Strategy of radiation chemistry

Pre-irradiation

Irradiation simultanée EBVoie retenue pour les composites thermodurcissables

Pré-irradiation GammaVoie retenue pour les composites silicones

A fait l’objet d’une étude de la réactivité et de la stabilité des radicaux en fonction du temps de stockage et de la température = conditions compatibles avec une exploitation industrielle

Stratégies retenues pour le projet BIONICOMP

Stratégies retenues pour le projet BIONICOMP

Avantages et limites

Application Composites TD (pré-pregs) Composites élastomères (enduction)

Stratégie de radiogreffage

Irradiation simultanée Pré-irradiation

Type de rayonnement

EB moyenne énergie Gamma (le débit de dose

favorise cette stratégie)

Avantages • Intégration possible en ligne

de pré-pregs

• Compatible avec les grandes

laizes

• Réalisée en centres de

services présents

mondialement

• Possibilité de vendre une

solution matière globale

Limites Investissement conséquent en

cas de grande laize (>1 m)

Grande laize : maxi entre 1,30

m et 1,80 m

Potentialités du radiogreffage sur fibres naturelles pour composites : mise en œuvre et avantages

Conclusions

Au stade R&D, comparer systématiquement les 2

stratégies d’irradiation (pré- / simultanée) donne un degré

de liberté pour :

• Le scenario d’exploitation

• La chaîne de valeur

• Démarrage / montée en puissance

Stratégie de pré-irradiation validée sur les fibres de lin

(irradiation simultanée déjà validée dans la littérature) : les

projets intégrant cette stratégie peuvent être transférés sur

nos installations gamma existantes, à court terme.

A mass production process

GAMMA PLANTS

• DAGNEUX (near

Lyon): processing by

cardboard box

• SABLE (near Le Mans) and

POUZAUGES (Vendée):

processing without depalletizing :

automated directly by complete

pallets or big bags

1300 mm

415 mm

615 mm

A mass production process

• Ionisos CHAUMESNIL and

Ionisos Iberica TARANCON:

processing is automated by

pallet layer conveyors

• Ionisos Deutschland

BAUTZEN

2 lines dedicated to reeledproducts: pipes (PEX C & PEX

C / Al) and cables

Potentialités du radiogreffage sur fibres naturelles pour composites : mise en œuvre et avantages

Questions ?

http://www.ionisosesterilizacion.es/corporate-video/