FR3027606A1 - PROCESS FOR PRODUCING A LUMINESCENT BLACK INK AND LUMINESCENT BLACK INK THUS OBTAINED - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING A LUMINESCENT BLACK INK AND LUMINESCENT BLACK INK THUS OBTAINED Download PDF

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Abstract

Procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente comprenant les étapes successives suivantes : - fournir des particules à base de carbone, - imprégner les particules à base de carbone avec un fluide supercritique, en présence d'un élément luminescent.A method of producing a black luminescent ink comprising the following successive steps: - providing carbon-based particles, - impregnating the carbon-based particles with a supercritical fluid, in the presence of a luminescent element.

Description

Procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente et encre noire luminescente ainsi obtenue.Process for producing a black luminescent ink and black luminescent ink thus obtained.

Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente et est également relative à une encre noire luminescente ainsi obtenue. État de la technique Un nombre croissant de produits fait l'objet de reproduction frauduleuse.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a process for producing a black luminescent ink and also relates to a black luminescent ink thus obtained. State of the art An increasing number of products are subject to fraudulent reproduction.

Afin de détecter les imitations, les encres fluorescentes dites « de sécurité » sont de plus en plus utilisées. La fluorescence reste la forme de marquage la moins couteuse et la plus répandue en industrie. La présence d'un élément fluorescent, dans une encre noire, permet de prouver l'authenticité d'un produit. Les produits marqués par les encres peuvent être, par exemple, des billets, ou encore des documents officiels (timbre, permis de conduire...). La production d'un traceur à la fois noir et fluorescent est donc particulièrement intéressante pour le marquage anti-contrefaçon. Les encres noires sont 25 formées de nanoparticules ou particules de carbone fonctionnalisées, dopées par un élément fluorescent, aussi appelé fluorophore. Classiquement, le marquage des particules noires par un fluorophore est effectué lors de la synthèse desdites particules. Le fluorophore est 30 généralement encapsulé dans la particule.In order to detect imitations, so-called "safety" fluorescent inks are increasingly used. Fluorescence remains the cheapest form of labeling and the most widespread in industry. The presence of a fluorescent element, in a black ink, makes it possible to prove the authenticity of a product. Products marked with inks can be, for example, tickets, or official documents (stamp, driving license ...). The production of a tracer both black and fluorescent is therefore particularly interesting for anti-counterfeiting marking. The black inks are formed of functionalized nanoparticles or carbon particles, doped with a fluorescent element, also called fluorophore. Classically, the marking of black particles by a fluorophore is performed during the synthesis of said particles. The fluorophore is generally encapsulated in the particle.

Or, les particules carbonées des encres noires absorbent tout ou quasiment tout le rayonnement optique, y compris l'énergie d'excitation, ce qui annihile les phénomènes de fluorescence, par « quenching », diminuant significativement, voire totalement, la fluorescence des fluorophores.However, the carbonaceous particles of black inks absorb all or almost all optical radiation, including excitation energy, which annihilates the phenomena of fluorescence, by "quenching", significantly decreasing, or even totally, the fluorescence of the fluorophores.

L'intensité de fluorescence émise par les motifs imprimés sur le substrat et donc très faible, voire nulle, et donc impossible à authentifier. La synthèse de nanoparticules fluorescentes à base de carbone a également été décrite dans l'article de Kainz et al. (Chem. Mater. 2011, 23, 3606-3613).The fluorescence intensity emitted by the printed patterns on the substrate and therefore very low or zero, and therefore impossible to authenticate. The synthesis of fluorescent nanoparticles based on carbon has also been described in the article by Kainz et al. (Chem Mater 2011, 23, 3606-3613).

Les nanoparticules présentent un coeur de cobalt et une coquille de carbone. Elles sont fonctionnalisées en surface par des groupements hybrides pyrène/BODIPY. La fonctionnalisation est réalisée soit par liaison covalente soit par liaison non-covalente de type « n-n stacking ». Les nanoparticules obtenues sont fluorescentes.The nanoparticles have a cobalt core and a carbon shell. They are functionalised on the surface by pyrene / BODIPY hybrid groups. The functionalization is carried out either by covalent bond or non-covalent binding of the "n-n stacking" type. The nanoparticles obtained are fluorescent.

Cependant, dans le cas de liaisons non covalentes, les molécules de Bodipy sont dissociées des nanoparticules dès le premier lavage. Dans le cas des nanoparticules fonctionnalisées via des liaisons covalentes, la présence du pyrène permet d'éloigner les molécules de Bodipy de la surface des nanoparticules de carbone et de diminuer les phénomènes d'extinction de fluorescence (« quenching »). Cependant, près d'un tiers de la fluorescence est néanmoins perdue. De plus, ce procédé de synthèse est complexe et couteux car il nécessite une première synthèse organique des groupements hybrides pyrène/BODIPY puis la fonctionnalisation des nanoparticules de Co/C.However, in the case of non-covalent bonds, the Bodipy molecules are dissociated from the nanoparticles at the first wash. In the case of nanoparticles functionalized via covalent bonds, the presence of pyrene makes it possible to move the Bodipy molecules away from the surface of the carbon nanoparticles and to reduce the quenching phenomena. However, nearly a third of the fluorescence is nevertheless lost. In addition, this synthesis process is complex and expensive because it requires a first organic synthesis of the pyrene / BODIPY hybrid groups and then the functionalization of the Co / C nanoparticles.

II existe donc un besoin réel concernant le développement d'une technologie de marquage anti-contrefaçon pour les encres noires.30 Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et, en particulier, de proposer un procédé d'élaboration, simple et facile à mettre en oeuvre, permettant de former une encre noire luminescente. Cet objet est atteint par un procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente comprenant les étapes successives suivantes : - fournir des particules à base de carbone, - imprégner les particules à base de carbone avec un fluide supercritique, en présence d'un élément luminescent. Cet objet est également atteint par une encre noire luminescente, obtenue selon le procédé, l'encre étant formée de nanoparticules à base de carbone, les nanoparticules comprenant un élément luminescent. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation graphique des distributions de taille de particules obtenues selon différents modes de réalisation de l'invention, - les figures 2 et 3 représentent des spectres d'émission et de fluorescence de particules dopées élaborées selon différents modes de réalisation du procédé de l'invention.30 Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention Le procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente comprend les étapes successives suivantes : - fournir des particules à base de carbone, - imprégner les particules à base de carbone avec un fluide supercritique, en présence d'un élément luminescent. L'encre est noire. Par encre noire, on entend que l'encre est formée de particules à base de carbone. Par à base de carbone, on entend que les particules comportent de 50% à 90% massique de carbone. Selon un mode de réalisation alternatif, les particules pourraient être constituées de carbone.There is therefore a real need for the development of an anti-counterfeiting marking technology for black inks. Object of the Invention The object of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art and, in particular, of to propose a process of elaboration, simple and easy to implement, making it possible to form a luminescent black ink. This object is achieved by a process for producing a black luminescent ink comprising the following successive steps: - providing carbon-based particles, - impregnating the carbon-based particles with a supercritical fluid, in the presence of an element luminescent. This object is also achieved by a black luminescent ink, obtained according to the method, the ink being formed of nanoparticles based on carbon, the nanoparticles comprising a luminescent element. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of nonlimiting example and represented in the accompanying drawings, in which: FIG. a graphical representation of the particle size distributions obtained according to different embodiments of the invention; FIGS. 2 and 3 represent emission and fluorescence spectra of doped particles produced according to different embodiments of the method of the invention; DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION The method of producing a black luminescent ink comprises the following successive steps: providing carbon-based particles, impregnating the carbon-based particles with a supercritical fluid, in the presence of a luminescent element. The ink is black. By black ink is meant that the ink is formed of carbon-based particles. By carbon-based is meant that the particles comprise from 50% to 90% by mass of carbon. According to an alternative embodiment, the particles could consist of carbon.

La présence de carbone dans les particules confère une couleur noire à l'encre. Les particules absorbent tout ou quasiment tout le rayonnement optique, ainsi que l'énergie d'excitation. L'encre est à la fois noire et luminescente.The presence of carbon in the particles imparts a black color to the ink. The particles absorb all or almost all the optical radiation, as well as the excitation energy. The ink is both black and luminescent.

Par luminescente, on entend que les particules à base de carbone noires comprennent des éléments luminescents : elles sont dopées par les éléments luminescents. Les particules sont capables d'émettre un signal luminescent détectable après excitation. Par luminescente, on entend que l'encre est photo-luminescente : elle est 25 fluorescente et/ou phosphorescente. Par fluorescent, on entend un élément ayant la propriété de pouvoir absorber de la lumière et de la réémettre à une longueur d'onde plus grande. L'émission cesse quand l'excitation lumineuse cesse. Par phosphorescent, on entend un élément ayant la propriété de pouvoir 30 absorber de la lumière et de la réémettre à une longueur d'onde plus grande. L'émission persiste un certain temps quand l'excitation lumineuse a cessé.Luminescent means that the black carbon-based particles comprise luminescent elements: they are doped by the luminescent elements. The particles are capable of emitting a detectable luminescent signal after excitation. Luminescent means that the ink is photoluminescent: it is fluorescent and / or phosphorescent. Fluorescent means an element having the property of being able to absorb light and to re-emit it at a longer wavelength. The emission ceases when the light excitation ceases. By phosphorescent is meant an element having the property of being able to absorb light and to re-emit it at a longer wavelength. The emission persists for some time when the light excitation has stopped.

Préférentiellement, les particules à base de carbone sont des particules hybrides formées d'un métal et d'un élément carboné. Ces particules sont notées M/C. Les particules hybrides M/C sont noires.Preferentially, the carbon-based particles are hybrid particles formed of a metal and a carbon element. These particles are denoted M / C. Hybrid M / C particles are black.

Les particules à base de carbone sont, préférentiellement, synthétisées selon un procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir une première solution aqueuse contenant des ions métalliques, - ajouter à la première solution une deuxième solution contenant le précurseur de carbone, de manière à former des agrégats à base de carbone, - soumettre les agrégats à un traitement thermique, le traitement thermique étant réalisé à une température supérieure ou égale à 100°C et inférieure ou égale à 400°C, et de préférence, à une température supérieure ou égale à 100°C et inférieure ou égale à 300°C, de manière à former les particules à base de carbone. Préférentiellement, le précurseur de carbone est un agent porogène, ce qui évite d'utiliser à la fois un précurseur du carbone et un agent porogène.The carbon-based particles are preferentially synthesized according to a process comprising the following steps: providing a first aqueous solution containing metal ions; adding to the first solution a second solution containing the carbon precursor, so as to form aggregates based on carbon, - subjecting the aggregates to a heat treatment, the heat treatment being carried out at a temperature greater than or equal to 100 ° C and less than or equal to 400 ° C, and preferably at a temperature greater than or equal to 100 ° C and less than or equal to 300 ° C, so as to form the carbon-based particles. Preferably, the carbon precursor is a blowing agent, which avoids using both a carbon precursor and a blowing agent.

Selon une alternative, la solution pourrait comprendre un précurseur à base de carbone et un agent porogène. Par agent porogène, on entend un élément permettant de créer des pores au sein des particules de manière à conférer une certaine porosité aux particules.Alternatively, the solution could include a carbon precursor and a blowing agent. Porogenic agent is understood to mean an element making it possible to create pores within the particles so as to confer a certain porosity on the particles.

Préférentiellement, l'agent porogène est choisi parmi les cyclodextrines et leurs dérivés. Les cyclodextrines sont des oligosaccharides cycliques. Elles sont composées de 5 à 12 monomères de glucose.Preferably, the blowing agent is chosen from cyclodextrins and their derivatives. Cyclodextrins are cyclic oligosaccharides. They are composed of 5 to 12 glucose monomers.

Les molécules de cyclodextrine ont la forme d'un cône tronqué formé d'une cavité hydrophobe et de groupes hydroxyles activés. Les molécules de cyclodextrines présentent, avantageusement, une bonne solubilité dans l'eau. La cylcodextrine peut être une p-cyclodextrine ou encore une y-cyclodextrine.The cyclodextrin molecules are in the form of a truncated cone formed of a hydrophobic cavity and activated hydroxyl groups. The cyclodextrin molecules advantageously have good solubility in water. The cylcodextrin may be p-cyclodextrin or γ-cyclodextrin.

Par dérivés de cyclodextrine, on entend des cyclodextrines présentant une ou plusieurs substitutions sur une ou plusieurs unités de glucose. Il peut s'agir, par exemple, de la substitution d'un groupement hydroxyle par un groupement alkyle, linéaire ou ramifié, éventuellement substitué, et présentant de 1 à 20 -Io atomes de carbone. Un ou plusieurs groupements hydroxyles peuvent également être substitués par des amines, eux-mêmes éventuellement substitués. La modification des cyclodextrines peut permettre d'améliorer leur solubilité dans l'eau notamment. 15 La taille des pores des particules est déterminée par la taille du cycle des cyclodextrines, i.e. par le nombre de monomères de glucose. La taille des pores est ainsi facilement ajustable et contrôlable. Ils sont, avantageusement, tous sensiblement de la même taille. La porosité est 20 homogène. Encore plus préférentiellement, l'agent porogène est la p-cyclodextrine. La p-cyclodextrine comporte 7 unités de glucose. La p-cyclodextrine présente, par exemple, une cavité interne de 6,0-6,5 Â. 25 Ces molécules permettant d'obtenir des particules poreuses présentant des pores de diamètre inférieur à 2nm, et de préférence inférieur à lnm Le nombre de pores dans les particules va être déterminé par le rapport entre la concentration de précurseurs métalliques, i.e. les ions métalliques, et la 30 concentration de cyclodextrine en solution.By cyclodextrin derivatives is meant cyclodextrins having one or more substitutions on one or more glucose units. It may be, for example, the substitution of a hydroxyl group by an alkyl group, linear or branched, optionally substituted, and having from 1 to 20-I carbon atoms. One or more hydroxyl groups may also be substituted with amines, themselves optionally substituted. The modification of cyclodextrins may make it possible to improve their solubility in water in particular. The pore size of the particles is determined by the size of the cyclodextrin ring, i.e. by the number of glucose monomers. The pore size is thus easily adjustable and controllable. They are, advantageously, all substantially of the same size. The porosity is homogeneous. Even more preferably, the blowing agent is p-cyclodextrin. P-cyclodextrin has 7 units of glucose. P-cyclodextrin has, for example, an internal cavity of 6.0-6.5 Å. These molecules make it possible to obtain porous particles having pores with a diameter of less than 2 nm, and preferably less than 1 nm. The number of pores in the particles will be determined by the ratio between the concentration of metal precursors, ie the metal ions, and the concentration of cyclodextrin in solution.

Le rapport molaire entre le précurseur métallique et le précurseur de carbone est compris entre 1 et 10, et de préférence, de l'ordre de 5. Le métal est choisi parmi le cuivre, le cobalt, le zinc, le manganèse, le nickel, la palladium, le vanadium, le tungstène, le platine, le molybdène, le fer et le chrome. Préférentiellement, les particules à base de carbone sont des particules de Cu/C. Selon un autre mode de réalisation, elles pourraient être en Co/C.The molar ratio between the metal precursor and the carbon precursor is between 1 and 10, and preferably of the order of 5. The metal is selected from copper, cobalt, zinc, manganese, nickel, palladium, vanadium, tungsten, platinum, molybdenum, iron and chromium. Preferably, the carbon-based particles are Cu / C particles. According to another embodiment, they could be in Co / C.

Avantageusement, la solution est agitée par tout moyen adapté, comme par exemple, par agitation avec un barreau aimanté. Les réactifs sont ainsi répartis de façon homogène en solution, ce qui permet d'obtenir des particules monodisperses en taille et présentant des pores répartis régulièrement dans la structure.Advantageously, the solution is stirred by any suitable means, for example by stirring with a magnetic bar. The reagents are thus homogeneously distributed in solution, which makes it possible to obtain monodisperse particles in size and having pores regularly distributed in the structure.

Avantageusement, lors de la formation des particules, le pH de la solution est compris entre 7 et 13, et, encore plus avantageusement, entre 8 et 9. Avantageusement, la mise en présence des précurseurs métalliques et à base 20 de carbone est réalisée à température ambiante et à pression ambiante. Par température ambiante, on entend une température de l'ordre de 15-30°C, et plus particulièrement, de l'ordre de 20-30°C. Par pression ambiante, on entend une pression de l'ordre de 1bar. Le procédé est facilement industrialisable. 25 Avantageusement, ce procédé comporte peu d'étapes, ne nécessite pas la réalisation et la manipulation de micelles inverses et leur déstabilisation. Avantageusement, l'utilisation d'une solution aqueuse permet de réduire les coûts de traitement des déchets résultant du procédé et est peu coûteux. 30 Selon un mode de réalisation particulier, avant l'étape de traitement thermique, la solution est filtrée, de manière à récupérer les agrégats formés. Les agrégats sont ensuite soumis à un traitement thermique afin de former les particules à base de carbone cristallisées.Advantageously, during the formation of the particles, the pH of the solution is between 7 and 13, and even more advantageously between 8 and 9. Advantageously, the bringing into contact with the metal and carbon-based precursors is carried out at room temperature and at ambient pressure. By ambient temperature means a temperature of the order of 15-30 ° C, and more particularly, of the order of 20-30 ° C. By ambient pressure is meant a pressure of the order of 1 bar. The process is easily industrialized. Advantageously, this process involves few steps, does not require the production and manipulation of inverse micelles and their destabilization. Advantageously, the use of an aqueous solution makes it possible to reduce the waste treatment costs resulting from the process and is inexpensive. According to a particular embodiment, before the heat treatment step, the solution is filtered, so as to recover the aggregates formed. The aggregates are then heat-treated to form the crystallized carbon-based particles.

Lors du traitement thermique, l'eau, est avantageusement, évaporée. Le traitement thermique est, avantageusement, réalisé pendant une durée comprise entre 30 minutes et 6 heures. Une telle durée permet d'obtenir des particules bien cristallisées.During the heat treatment, the water is advantageously evaporated. The heat treatment is advantageously carried out for a period of between 30 minutes and 6 hours. Such a time makes it possible to obtain well-crystallized particles.

Si la température de traitement thermique est strictement supérieure à 300°C, les molécules de cyclodextrine sont calcinées. Avantageusement, lorsque la température du traitement thermique est inférieure à 300°C, les molécules de cyclodextrine ne sont pas dénaturées. Des molécules de cyclodextrine sont disposées dans les pores de la particule. Le traitement thermique peut être réalisé sous air. Il ne nécessite pas l'utilisation de gaz particulier.If the heat treatment temperature is strictly greater than 300 ° C, the cyclodextrin molecules are calcined. Advantageously, when the temperature of the heat treatment is less than 300 ° C., the cyclodextrin molecules are not denatured. Cyclodextrin molecules are disposed in the pores of the particle. The heat treatment can be carried out under air. It does not require the use of any particular gas.

Les particules obtenues sont cristallisées, avantageusement, sphériques, et présentent une porosité régulière : des pores ordonnés et uniformes en taille, à l'échelle nanométrique, et répartis régulièrement au sein des particules. Les particules sont formées d'un élément carboné et d'un métal, le métal étant choisi parmi le cuivre, le cobalt, le zinc, le manganèse, le nickel, la palladium, le vanadium, le tungstène, le platine, le molybdène, le fer et le chrome. Les particules ont, de préférence, un diamètre inférieur ou égal à 100nm, et de préférence, inférieur ou égal à 50nm.The particles obtained are crystallized, advantageously spherical, and have a regular porosity: ordered and uniformly sized pores, at the nanoscale, and evenly distributed within the particles. The particles are formed of a carbon element and a metal, the metal being selected from copper, cobalt, zinc, manganese, nickel, palladium, vanadium, tungsten, platinum, molybdenum, iron and chrome. The particles preferably have a diameter of less than or equal to 100 nm, and preferably less than or equal to 50 nm.

De telles dimensions permettent de former, avantageusement, une encre stable, c'est-à-dire un mélange liquide contenant des particules en suspension, dispersées de façon homogène dans la phase liquide. De telles dimensions permettent, également, avantageusement, de ne pas boucher, obstruer les dispositifs utilisés pour le dépôt de l'encre. Par exemple, ces dimensions évitent d'obstruer les têtes d'imprimante si le dépôt est réalisé par jet d'encre. Les particules présentent, avantageusement, des pores de diamètre inférieur à 2nm. Préférentiellement, les pores ont un diamètre inférieur ou égal à lnm. Par inférieur à 2nm, on entend strictement inférieur à 2nm. Une fois synthétisée, les particules sont ensuite imprégnées par un élément luminescent, aussi appelé luminophore, afin de former une encre noire luminescente. Par imprégnation, on entend l'action de faire pénétrer, faire diffuser l'élément luminescent dans les particules. L'élément luminescent peut s'insérer dans les pores et/ou dans les défauts des particules noires. Il peut s'agir d'une imprégnation surfacique ou en volume.Such dimensions make it possible to form, advantageously, a stable ink, that is to say a liquid mixture containing particles in suspension, dispersed homogeneously in the liquid phase. Such dimensions also make it possible, advantageously, not to block, obstruct the devices used for depositing the ink. For example, these dimensions avoid clogging the printer heads if the deposit is made by inkjet. The particles advantageously have pores with a diameter of less than 2 nm. Preferably, the pores have a diameter less than or equal to 1 nm. By less than 2 nm, we mean strictly less than 2 nm. Once synthesized, the particles are then impregnated with a luminescent element, also called phosphor, to form a luminescent black ink. By impregnation is meant the action of penetrating and diffusing the luminescent element in the particles. The luminescent element can be inserted into the pores and / or defects of the black particles. It can be a surface impregnation or volume.

Avantageusement, il s'agit d'une imprégnation volumique, l'élément luminescent diffusant à travers les pores des particules. L'imprégnation en volume est, avantageusement, homogène. Après imprégnation, l'élément luminescent est lié aux particules. L'élément luminescent ne peut pas être dissocié, ou très peu, des particules par un simple lavage par exemple. L'élément luminescent n'est pas lié de façon covalente à la particule à base de carbone. Le marquage est, néanmoins, plus résistant que dans le cas de liaisons non-covalentes en surface de particule.Advantageously, it is a volume impregnation, the luminescent element diffusing through the pores of the particles. The impregnation by volume is advantageously homogeneous. After impregnation, the luminescent element is bonded to the particles. The luminescent element can not be dissociated, or very little, particles by a simple washing for example. The luminescent element is not covalently bonded to the carbon-based particle. The labeling is nevertheless more resistant than in the case of non-covalent bonds at the particle surface.

Par fluide supercritique, on entend un fluide chauffé au-dessus de sa température critique et comprimé au-dessus de sa pression critique. Pour obtenir le fluide supercritique à partir du fluide, l'enceinte est donc chauffée de manière à atteindre une pression Ps et une température Ts, la pression Ps étant supérieure à la pression Pc du point critique du fluide, la température Ts étant supérieure à la température Tc du point critique du fluide.By supercritical fluid is meant a fluid heated above its critical temperature and compressed above its critical pressure. To obtain the supercritical fluid from the fluid, the chamber is thus heated so as to reach a pressure Ps and a temperature Ts, the pressure Ps being greater than the pressure Pc of the critical point of the fluid, the temperature Ts being greater than the temperature Tc of the critical point of the fluid.

Le fluide supercritique est, avantageusement, inerte vis-à-vis des particules à base de carbone. Préférentiellement, le fluide introduit dans la chambre de réaction est du dioxyde de carbone. Encore plus préférentiellement, il s'agit de dioxyde de carbone liquide. Il s'agit d'un solvant dit « vert », c'est-à-dire non polluant pour l'environnement. Les produits obtenus par le procédé, mettant en jeu du dioxyde de carbone, ne génèrent pas de rejets polluants aqueux ou organiques, néfastes pour l'environnement. Préférentiellement, la pression Ps et la température Ts sont maintenues pendant une durée d'au moins 15 minutes. Cette durée permet de réaliser un dopage homogène.The supercritical fluid is advantageously inert with respect to the carbon-based particles. Preferably, the fluid introduced into the reaction chamber is carbon dioxide. Even more preferentially, it is liquid carbon dioxide. It is a solvent called "green", that is to say non-polluting for the environment. The products obtained by the process, involving carbon dioxide, do not generate polluting discharges aqueous or organic, harmful to the environment. Preferentially, the pressure Ps and the temperature Ts are maintained for a period of at least 15 minutes. This duration makes it possible to achieve homogeneous doping.

Avantageusement, la durée est comprise entre 15 minutes et 7 heures, et de préférence la durée est comprise entre 1 heure et 7 heures. Le choix de la durée permet de fixer la profondeur d'imprégnation. Dans le cas où le fluide est du dioxyde de carbone, la pression Ps est comprise entre 100bars et 400bars, et, encore plus préférentiellement, entre 300bars et 350bars. La température Ts est comprise entre 50°C et 200°C, et encore plus préférentiellement la température Ts est comprise entre 100°C et 170°C.Advantageously, the duration is between 15 minutes and 7 hours, and preferably the duration is between 1 hour and 7 hours. The choice of the duration makes it possible to fix the depth of impregnation. In the case where the fluid is carbon dioxide, the pressure Ps is between 100bars and 400bars, and still more preferably between 300bars and 350bars. The temperature Ts is between 50 ° C and 200 ° C, and even more preferably the temperature Ts is between 100 ° C and 170 ° C.

Ces gammes de pression et de température permettent de se positionner au-delà du point critique du fluide et de transformer le dioxyde de carbone en dioxyde de carbone supercritique. La pression Pc et la température Tc du point critique sont, pour le dioxyde de carbone, respectivement, de 31°C et 74bars. Le fluide supercritique est alors absorbé par les particules, entrainant en même temps l'élément luminescent.These ranges of pressure and temperature make it possible to position themselves beyond the critical point of the fluid and to transform carbon dioxide into supercritical carbon dioxide. The pressure Pc and the temperature Tc of the critical point are respectively 31 ° C and 74bar for carbon dioxide. The supercritical fluid is then absorbed by the particles, causing at the same time the luminescent element.

Le fluide supercritique permet d'imprégner, de doper les particules et de former des particules luminescentes. L'imprégnation de particules à base de carbone, plutôt que des particules à base de polymère, permet, avantageusement, de travailler à haute température sans altérer la matrice carbonée.The supercritical fluid impregnates, doping the particles and forming luminescent particles. The impregnation of carbon-based particles, rather than polymer-based particles, advantageously makes it possible to work at high temperature without altering the carbon matrix.

Une fois que les particules sont imprégnées, la pression et la température sont redescendues en-dessous du point critique du fluide, jusqu'à température et pression ambiantes, de manière à éliminer le fluide absorbé par le substrat. Par température ambiante, on entend une température de l'ordre de 20-25°C et par pression ambiante, une pression de l'ordre de 1bar. Selon un mode de réalisation alternatif, un solvant, aussi appelé co-solvant, peut être placé dans la chambre de réaction. On appelle solvant, ou co-solvant, tout solvant ajouté dans la chambre de réaction, en plus du fluide destiné à être transformé en fluide supercritique. Préférentiellement, le solvant est un solvant organique. L'élément fluorescent présente, avantageusement, une meilleure solubilité dans un solvant organique. Préférentiellement, le marqueur luminescent est un marqueur fluorescent. Il est, avantageusement, choisi parmi les fluorophores inorganiques et les complexes organo-lanthanides. Selon une autre alternative, le marqueur fluorescent peut également être choisi parmi les fluorophores organiques. Préférentiellement, l'élément luminescent est choisi parmi les dérivés pyréniques et les dérivés thiophéniques.30 Selon un autre mode de réalisation, plusieurs éléments luminescents sont utilisés pour doper les particules, de manière à former une signature de luminescence plus complexe et plus difficile à copier.Once the particles are impregnated, the pressure and the temperature are lowered back below the critical point of the fluid, to ambient temperature and pressure, so as to eliminate the fluid absorbed by the substrate. By ambient temperature is meant a temperature of the order of 20-25 ° C and at ambient pressure, a pressure of the order of 1 bar. According to an alternative embodiment, a solvent, also called co-solvent, can be placed in the reaction chamber. The solvent, or co-solvent, is any solvent added to the reaction chamber, in addition to the fluid to be converted into supercritical fluid. Preferably, the solvent is an organic solvent. The fluorescent element advantageously has a better solubility in an organic solvent. Preferably, the luminescent marker is a fluorescent marker. It is advantageously chosen from inorganic fluorophores and organo-lanthanide complexes. According to another alternative, the fluorescent marker may also be chosen from organic fluorophores. Preferably, the luminescent element is chosen from pyrenic derivatives and thiophene derivatives. According to another embodiment, several luminescent elements are used to dope the particles, so as to form a more complex luminescence signature that is more difficult to copy. .

La quantité de molécules fluorescentes est choisie de manière à être suffisante pour pouvoir imprégner les particules et leur conférer des propriétés fluorescentes détectables. Les particules ainsi obtenues sont luminescentes. Les molécules luminescentes sont concentrées dans les défauts et/ou les pores des particules noires, et leur confinement est assuré par transport au moyen du solvant supercritique (002). L'élément luminescent n'est pas lié de façon covalente à la particule à base de carbone.The amount of fluorescent molecules is selected to be sufficient to impregnate the particles and provide them with detectable fluorescent properties. The particles thus obtained are luminescent. The luminescent molecules are concentrated in the defects and / or pores of the black particles, and their confinement is ensured by transport using the supercritical solvent (002). The luminescent element is not covalently bonded to the carbon-based particle.

Les particules sont ensuite utilisées pour former une encre noire luminescente. L'encre comprend un solvant dans lequel sont dispersées les particules. Le solvant peut être un solvant aqueux ou un solvant organique. Le solvant peut encore être un mélange d'eau et d'au moins un solvant organique.The particles are then used to form a luminescent black ink. The ink comprises a solvent in which the particles are dispersed. The solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent. The solvent may also be a mixture of water and at least one organic solvent.

Selon un mode de réalisation particulier, l'encre comprend en outre un liant. Le liant peut être un polymère, naturel ou synthétique. Préférentiellement, le liant est choisi parmi le poly(alcool vinylique) (PVA) et le polyvinyle de butyral (PVB).According to a particular embodiment, the ink further comprises a binder. The binder may be a polymer, natural or synthetic. Preferably, the binder is chosen from polyvinyl alcohol (PVA) and polyvinyl butyral (PVB).

Le liant permet, avantageusement, d'améliorer l'adhésion des particules sur le substrat. L'homme du métier choisira, avantageusement, un solvant pouvant dissoudre le liant dans l'encre afin d'obtenir ainsi une composition homogène.30 L'encre est ensuite déposée sur un substrat par toute technique adaptée pour former un motif noir et luminescent. Il peut s'agir d'une technique d'impression par jet d'encre. Après dépôt de l'encre, un substrat, muni d'un motif noir et luminescent, est obtenu. Le substrat peut, éventuellement, être soumis à un recuit afin de faire évaporer le solvant résiduel. Soumis à une excitation lumineuse appropriée, la fluorescence des particules est détectable par tout dispositif adapté. Il peut s'agir, par exemple, d'un spectromètre portable. La présence de la luminescence peut, notamment, être détectée avec des détecteurs à bas coût disponibles dans le commerce. Le marquage est, avantageusement, difficilement identifiable par une personne ne connaissant pas la spécificité du marquage.The binder advantageously makes it possible to improve the adhesion of the particles to the substrate. Those skilled in the art will advantageously choose a solvent that can dissolve the binder in the ink so as to obtain a homogeneous composition. The ink is then deposited on a substrate by any technique suitable for forming a black and luminescent pattern. It may be an inkjet printing technique. After deposition of the ink, a substrate, provided with a black and luminescent pattern, is obtained. The substrate may optionally be annealed to evaporate the residual solvent. Subject to appropriate light excitation, the fluorescence of the particles is detectable by any suitable device. It may be, for example, a portable spectrometer. The presence of luminescence can, in particular, be detected with low cost commercially available detectors. The marking is, advantageously, difficult to identify by a person unfamiliar with the specificity of the marking.

Le procédé pour identifier un objet, muni du marquage tel que décrit précédemment, comprend les étapes successives suivantes : - soumettre l'objet à un rayonnement ultra-violet, - détecter le rayonnement de fluorescence émis par ledit marquage, - identifier l'objet en fonction du rayonnement fluorescent détecté. Pour une détection plus précise, le spectre de fluorescence du marquage peut être mesuré par un spectrophotomètre afin de déterminer la position exacte de la bande de fluorescence.The method for identifying an object, provided with the marking as described above, comprises the following successive steps: subjecting the object to ultraviolet radiation, detecting the fluorescence radiation emitted by said marking, identifying the object in question function of fluorescent radiation detected. For more accurate detection, the fluorescence spectrum of the labeling can be measured by a spectrophotometer to determine the exact position of the fluorescence band.

Dans le cas où l'encre utilisée contient plusieurs éléments fluorescents, plusieurs pics de fluorescence seront visibles sur le spectre de fluorescence. Ce type de marquage, par ces spécificités, est hautement sécurisé et particulièrement difficile à copier. La détection du marquage est aisée et il est ainsi facile de repérer les imitations.In the case where the ink used contains several fluorescent elements, several fluorescence peaks will be visible on the fluorescence spectrum. This type of marking, by these specificities, is highly secure and particularly difficult to copy. The detection of marking is easy and it is thus easy to spot imitations.

Le procédé d'élaboration va maintenant être décrit au moyen des exemples suivants donnés à titre illustratif et non limitatif. La synthèse de particules de Cu/8-cyclodextrine a été réalisée.The production process will now be described by means of the following examples given for illustrative and not limiting. The synthesis of Cu / 8-cyclodextrin particles was carried out.

Les précurseurs de ces particules sont le nitrate de cuivre Cu(NO3)2.5H20 et la p-cyclodextrine. Le nitrate de cuivre (1.198g) est ajouté dans l'eau dé-ionisée (5mL) afin de former une première solution à 5,16mmol. Une seconde solution aqueuse contenant la p-cyclodextrine (1171mg soit 1.03mmol) est ajoutée à la première sous vive agitation à température ambiante. Le rapport molaire Cu/(3CD est environ de 5. Le mélange réactionnel est passé aux ultrasons, et agité à température ambiante 2 h, puis séché au four à 60 °C pendant 48h.The precursors of these particles are copper nitrate Cu (NO3) 2.5H20 and p-cyclodextrin. The copper nitrate (1.198 g) is added in deionized water (5 mL) to form a first solution at 5.16 mmol. A second aqueous solution containing p-cyclodextrin (1171 mg or 1.03 mmol) is added to the first with vigorous stirring at room temperature. The molar ratio Cu / (3CD is about 5. The reaction mixture is sonicated, and stirred at room temperature for 2 h, then oven dried at 60 ° C for 48h.

La poudre obtenue est ensuite calcinée au four à 300°C pendant 2h sous un flux d'azote (100m1/min) pour former des nanoparticules noires. Le même protocole a été suivi en utilisant un rapport molaire Cu/(3CD de 1.The powder obtained is then calcined in the oven at 300 ° C. for 2 hours under a stream of nitrogen (100 ml / min) to form black nanoparticles. The same protocol was followed using a molar ratio Cu / (3CD of 1.

Les particules obtenues ont été observées par diffusion dynamique de la lumière (ou DLS pour « Dynamic Light Scattering »). Comme représenté à la figure 1, les particules présentent une distribution de taille monodisperse. La taille des particules est centrée autour de 20nm, si le rapport molaire Cu/f3CD est environ de 5, et la taille des particules centrée autour de 200nm si le rapport molaire Cu/f3CD est de 1. Les particules ont ensuite été dopées avec un élément luminescent. Le premier dopage a été réalisé avec un dérivé pyrénique sur les 30 nanoparticules.The particles obtained were observed by dynamic light scattering (or DLS for "Dynamic Light Scattering"). As shown in FIG. 1, the particles have a monodisperse size distribution. The particle size is centered around 20 nm, if the molar ratio Cu / f3CD is about 5, and the particle size centered around 200 nm if the molar ratio Cu / f3CD is 1. The particles were then doped with a luminescent element. The first doping was carried out with a pyrene derivative on the nanoparticles.

Les nanoparticules de 20 nm de diamètre (100 mg) ont été introduites dans un réacteur tubulaire en présence du 1-pyrènebutanol (50 mg). Le réacteur tubulaire est fermé puis chargé en CO2 liquide jusqu'à obtenir une pression de 80 bar. Au moyen d'un cordon chauffant, le réacteur est chauffé à 110 °C, pour atteindre une pression de 300 bar. La pression est maintenue pendant 2 h. Après ce traitement, la température est abaissée jusqu'à la température ambiante, puis la pression est cassée afin de retourner à la pression ambiante. Le matériau obtenu est récupéré, lavé dans un mélange d'éthanol et d'eau, centrifugé puis dialysé. Le matériau obtenu est séché au four à 60 °C pendant une nuit. La poudre est ensuite dispersée dans de la 2-butanone (10 mL), et les propriétés de fluorescence sont analysées.The nanoparticles 20 nm in diameter (100 mg) were introduced into a tubular reactor in the presence of 1-pyrenebutanol (50 mg). The tubular reactor is closed and then charged with liquid CO2 until a pressure of 80 bar is obtained. By means of a heating cord, the reactor is heated to 110 ° C., to reach a pressure of 300 bar. The pressure is maintained for 2 hours. After this treatment, the temperature is lowered to room temperature, then the pressure is broken to return to ambient pressure. The material obtained is recovered, washed in a mixture of ethanol and water, centrifuged and dialyzed. The resulting material is oven dried at 60 ° C overnight. The powder is then dispersed in 2-butanone (10 mL), and the fluorescence properties are analyzed.

Le matériau a été caractérisé par spectroscopie de fluorescence. Les spectres d'émission et de fluorescence sont représentés sur la figure 2. Le second dopage a été réalisé avec un dérivé thiophénique sur les micro particules.The material has been characterized by fluorescence spectroscopy. The emission and fluorescence spectra are shown in FIG. 2. The second doping was carried out with a thiophene derivative on the micro particles.

Les microparticules de 200 nm de diamètre (100 mg) ont été introduites dans un réacteur tubulaire en présence du 2.2':5'2"-terthiophène (50 mg). Le réacteur tubulaire est fermé puis chargé en CO2 liquide jusqu'à obtenir une pression de 70 bar. Au moyen d'un cordon chauffant, le réacteur est chauffé à 130 °C, pour atteindre une pression de 340 bar. La pression est maintenue pendant 4 h. Après ce traitement, la température est abaissée jusqu'à la température ambiante, puis la pression est cassée afin de retourner à la pression ambiante. Le matériau est récupéré, lavé dans un mélange Et0H + H20, centrifugé puis dialysé.The microparticles of 200 nm in diameter (100 mg) were introduced into a tubular reactor in the presence of 2.2 ': 5'2 "-terthiophene (50 mg) .The tubular reactor is closed and then charged with liquid CO2 until a 70 bar pressure The reactor is heated to 130 ° C. by means of a heating cord to reach a pressure of 340 bar, the pressure is maintained for 4 hours and after this treatment the temperature is lowered to at room temperature, then the pressure is broken in order to return to ambient pressure The material is recovered, washed in EtOH + H20, centrifuged and then dialyzed.

Le matériau obtenu est séché au four à 60 °C pendant une nuit. La poudre est ensuite dispersée dans de la 2-butanone (10mL), et les propriétés de fluorescence sont analysées.The resulting material is oven dried at 60 ° C overnight. The powder is then dispersed in 2-butanone (10mL), and the fluorescence properties are analyzed.

Le matériau a été caractérisé par spectroscopie de fluorescence. Les spectres d'émission et de fluorescence sont représentés sur la figure 3. Des tests de fluorescence ont également été conduits sur une solution de 2- butanone contenant des particules non dopées. Aucune émission de fluorescence n'a été observée après excitation lumineuse des particules.The material has been characterized by fluorescence spectroscopy. The emission and fluorescence spectra are shown in FIG. 3. Fluorescence tests were also conducted on a solution of 2-butanone containing undoped particles. No fluorescence emission was observed after light excitation of the particles.

Le procédé d'élaboration utilise des conditions opératoires douces. Il est simple à mettre en oeuvre et peu coûteux. Le dopage de particules noires de l'encre avec un élément luminescent selon le procédé précédemment décrit n'influence pas la couleur du produit final.The production process uses mild operating conditions. It is simple to implement and inexpensive. The doping of black particles of the ink with a luminescent element according to the method previously described does not influence the color of the final product.

Les particules obtenues sont à la fois noires et fluorescentes et permettent de marquer efficacement différents types de substrats. Les particules peuvent être des nanoparticules ou des microparticules.The resulting particles are both black and fluorescent and effectively mark different types of substrates. The particles may be nanoparticles or microparticles.

Claims (22)

REVENDICATIONS1. Procédé d'élaboration d'une encre noire luminescente comprenant les étapes successives suivantes : - fournir des particules poreuses à base de carbone, le diamètre des pores étant inférieur à 2nm, - imprégner les particules à base de carbone avec un fluide supercritique, en présence d'un élément luminescent.REVENDICATIONS1. A method of producing a black luminescent ink comprising the following successive steps: - providing porous particles based on carbon, the pore diameter being less than 2 nm, - impregnating the carbon-based particles with a supercritical fluid, in the presence a luminescent element. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules à base de carbone sont synthétisées à partir d'un métal et d'un précurseur de carbone.2. Method according to claim 1, characterized in that the carbon-based particles are synthesized from a metal and a precursor of carbon. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la synthèse des particules à base de carbone comprend les étapes suivantes : fournir une première solution aqueuse contenant des ions métalliques, ajouter à la première solution une deuxième solution contenant le précurseur de carbone, de manière à former des agrégats à base de carbone, - soumettre les agrégats à un traitement thermique, le traitement thermique étant réalisé à une température supérieure ou égale à 100°C et inférieure ou égale à 300°C, de manière à former les particules à base de carbone.3. Method according to claim 2, characterized in that the synthesis of the carbon-based particles comprises the steps of: providing a first aqueous solution containing metal ions, adding to the first solution a second solution containing the carbon precursor, to form aggregates based on carbon, - subjecting the aggregates to a heat treatment, the heat treatment being carried out at a temperature greater than or equal to 100 ° C and less than or equal to 300 ° C, so as to form the particles to carbon base. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le précurseur de carbone est un agent porogène.4. Method according to one of claims 2 and 3, characterized in that the carbon precursor is a pore-forming agent. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'agent porogène est choisi parmi les cyclodextrines et leurs dérivés.305. Process according to claim 4, characterized in that the blowing agent is chosen from cyclodextrins and their derivatives. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent porogène est la p-cyclodextrine.6. Process according to claim 5, characterized in that the pore-forming agent is p-cyclodextrin. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que le diamètre des pores des particules est inférieur à lnm.7. Process according to any of the preceding claims, characterized in that the pore diameter of the particles is less than 1 nm. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le métal est choisi parmi le cuivre, le cobalt, le zinc, le manganèse, le nickel, la palladium, le vanadium, le tungstène, le platine, le molybdène, le fer et le 10 chrome.8. Method according to one of claims 2 to 7, characterized in that the metal is selected from copper, cobalt, zinc, manganese, nickel, palladium, vanadium, tungsten, platinum, molybdenum, iron and chromium. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que le rapport molaire entre les ions métalliques et le précurseur de carbone est compris entre 1 et 10, et de préférence, de l'ordre de 5. 159. Method according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the molar ratio between the metal ions and the carbon precursor is between 1 and 10, and preferably of the order of 5. 15 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les particules à base de carbone sont des particules de Cu/C.10. Process according to any one of claims 2 to 9, characterized in that the carbon-based particles are Cu / C particles. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé 20 en ce que l'élément luminescent est choisi parmi les dérivés pyréniques et les dérivés thiophéniques.11. Process according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the luminescent element is chosen from pyrenic derivatives and thiophene derivatives. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le fluide supercritique est du dioxyde de carbone. 2512. Method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the supercritical fluid is carbon dioxide. 25 13. Particule poreuse à base de carbone, imprégnée d'un élément luminescent, le diamètre des pores de la particule étant inférieur à 2nm.13. Porous carbon-based particle impregnated with a luminescent element, the pore diameter of the particle being less than 2 nm. 14. Particule selon la revendication 13, caractérisée en ce que la particule 30 est formée d'un élément carboné et d'un métal, le métal étant choisi parmi lecuivre, le cobalt, le zinc, le manganèse, le nickel, la palladium, le vanadium, le tungstène, le platine, le molybdène, le fer et le chrome.14. Particle according to claim 13, characterized in that the particle 30 is formed of a carbon element and a metal, the metal being selected from copper, cobalt, zinc, manganese, nickel, palladium, vanadium, tungsten, platinum, molybdenum, iron and chromium. 15. Particule selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisée en ce que l'élément luminescent est choisi parmi les dérivés pyréniques et les dérivés thiophéniques.15. Particle according to one of claims 13 and 14, characterized in that the luminescent element is selected from pyrenic derivatives and thiophene derivatives. 16. Particule selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que le diamètre des pores de la particule est inférieur ou 10 égal à 1nm.16. Particle according to any one of claims 13 to 15, characterized in that the pore diameter of the particle is less than or equal to 1 nm. 17. Particule selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dont le diamètre est inférieur ou égal à 100nm. 1517. Particle according to any one of claims 13 to 16, whose diameter is less than or equal to 100nm. 15 18. Particule selon l'une quelconque des revendications 13 à 17, caractérisée en ce que des molécules de cyclodextrine sont disposées dans les pores de la particule.18. Particle according to any one of claims 13 to 17, characterized in that cyclodextrin molecules are disposed in the pores of the particle. 19. Encre noire luminescente comprenant un solvant et des particules selon 20 l'une quelconque des revendications 13 à 18.19. A black luminescent ink comprising a solvent and particles as claimed in any one of claims 13 to 18. 20. Encre selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un liant. 2520. Ink according to claim 19, characterized in that it further comprises a binder. 25 21. Procédé de marquage d'un substrat par une encre noire luminescente selon l'une des revendications 19 et 20, ladite encre étant déposée sur le substrat, par une technique d'impression par jet d'encre, afin de former un motif noir et luminescent. 3021. A method of marking a substrate with a black luminescent ink according to one of claims 19 and 20, said ink being deposited on the substrate, by an ink jet printing technique, to form a black pattern. and luminescent. 30 22. Substrat muni d'un motif, noir et luminescent, obtenu par le procédé selon la revendication 21.22. A black and luminescent patterned substrate obtained by the process of claim 21.
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