Polymérisation sous rayonnement UV et lumière naturelle de réseaux de polymères interpénétrés pour des revêtements auto-régénérants

UV and daylight cured Interpenetrating Polymer Network coatings for self-replenishing applications

• Auteur / Autrice : Caroline Rocco
• Direction : Céline Croutxé Barghorn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/09/2015
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie et d'Ingenierie Macromoleculaires (LPIM) - EA 4567

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces hydrophobes

Effets de la lumière

Effets du rayonnement ultraviolet

Polymérisation

Mots clés libres

IPNs

Photopolymérisation

Revêtements hydrophobes

Auto-régénération

IPNs

Photopolymerization

Hydrophobic coatings

Self-replenishing

Résumé

Les réseaux de polymères interpénétrés (IPNs) combinent les propriétés de leurs différents composants. Ils possèdent une bonne résistance thermique, mécanique et chimique, et s’avèrent très intéressants pour pallier les inconvénients des réseaux homopolymères. Une méthode de synthèse rapide et efficace fait appel à la photopolymérisation. Les IPNs photopolymérisés sont donc très attractifs pour l’obtention de revêtements industriels présentant des propriétés de surface avancées. Cette thèse porte sur la réalisation de revêtements hydrophobes présentant des propriétés d’auto-régénération suite à un endommagement. Le concept mis en œuvre repose sur la ségrégation vers la surface de groupements fonctionnels liés chimiquement à un réseau IPN photopolymère, par différence de tension superficielle entre la surface et l’intérieur du matériau. L’auto-régénération de la fonctionnalité de surface nécessite une distribution homogène et une mobilité suffisante des groupements fonctionnels dans la matrice polymère. Des surfaces auto-régénérantes basées sur un réseau acrylate photopolymérisé ont d’abord été développées afin de démontrer la faisabilité du concept. Des IPNs photopolymérisés sous lumière UV et naturelle, combinant deux polymères (acrylates et époxydes) possédant des Tgs faibles et élevées (auto-régénération combinée avec résistance mécanique), et présentant des morphologies différentes ont ensuite été étudiés. Des surfaces auto-régénérantes possédant une Tg plus élevée compatible avec des applications industrielles ont été obtenues.

Interpenetrating polymer networks (IPNs) combine properties of their different components. They exhibit high mechanical strength, good thermal stability and chemical resistance. They are thus interesting to overcome the limitations of stand-alone networks. One of the easy and efficient ways to produce IPNs involves light curing. Considering these features, photocured IPNs are very attractive materials for functional polymeric surfaces in the coating industry. This thesis reports the development of hydrophobic coatings showing self-replenishing properties upon surface damage. This concept relies on the segregation of functional groups chemically bound to a light-cured IPN network towards the surface, thanks to the energy difference between surface and bulk. Surface functionality self-repairing mechanism requires a homogeneous distribution and a sufficient mobility of functional groups in the polymeric network. Self-replenishing hydrophobic surfaces based on a UV-cured acrylate network have been firstly developed in order to demonstrate the proof of concept. In a second part, UV and visible-light cured IPNs combining two polymers (acrylates and epoxides) with low and high Tgs (self-replenishing together with mechanical resistance), showing different morphologies have been investigated. Finally, self-replenishing hydrophobic surfaces with enhanced Tg more suitable for industrial applications have been obtained.