Interactions entre trisiloxanes fonctionnalisés et surfaces minérales : applications à l'hydrofugation

Interactions between functionnalized trisiloxanes and mineral surfaces : applications to hydrophobic coat

• Auteur / Autrice : Manuel Chamerois
• Direction : Frédéric Villiéras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corrosion

Siloxanes

Adsorption

Imperméabilisation

Mots clés libres

Mouillabilité

Analyse mécanisme

Interaction

Résumé

L'hydrofugation des surfaces minérales est utilisée pour prévenir la dégradation des façades de bâtiments. Pour augmenter les interactions entre les formulations de silicones et les substrats, l'insertion de fonctions d'ancrage dans les réseaux de polyméthylsiloxanes (PDMS) est envisagée. Ainsi, cette étude concerne la rétention en phase cyc10hexane de fragments de PDMS fonctionnalisés (les trisiloxanes) à la surface de matériaux représentatifs des façades de bâtiments : une silice, un carbonate, une pyrophyllite et des hydrates cimentaires. Les fonctions d'ancrage étudiées sont des dérivés soit de la pipéridine (amine II et amine III), soit de l'acide succinique (anhydride et diacide). L'adsorption des composés pipéridiniques est fortement conditionnée par la formation de liaisons hydrogène entre les hydroxyles de surface et les groupements azotés. Dans le cas des groupements succiniques, l'adsorption a principalement lieu par l'intermédiaire de fonctions carboxylates. Les différentes signatures spectroscopiques des vibrations d'élongation des liaisons carbonyles des fonctions carboxyliques (anhydride, diacide ou diacide dissocié) sont utilisées pour préciser les phénomènes se produisant en phase liquide, et à la surface des solides. La dernière partie concerne l'examen de l'évolution des propriétés superficielles du carbonate recouvert de quantités croissantes d'anhydride. L'adsorption d'azote et d'argon haute résolution permet la visualisation de l'occupation de la surface par les molécules hydrofugeantes. En outre, il apparaît que l'hydrophobie des solides n'implique pas l'absence d'adsorption de l'eau en phase vapeur. Cependant, la structure de l'eau adsorbée sur de tels solides est fortement perturbée par rapport à celle de l'eau liquide, ou à celle de l'eau adsorbée sur le solide nu. .

Surface modification of mineral substances with adsorbed organic layers can be used to prevent the weathering of facades. To enhance interactions between the silicone formulations and surfaces, anchorage functions can be inserted in the polydimethylsiloxane (PDMS) network. This study deals with the abstraction of functionalized PDMS fragments (trisiloxane compounds), from cyc1ohexane, onto minerals typical of most surface materials used for building facades: a silica, a carbonate, a pyrophyllite and cement hydrates. The anchorage functions studied are derived from piperidine (secondary and ternary amine) or succinic acid (anhydride and diacid). The adsorption of piperidinic compounds is strongly dependent on hydrogen bonds formed between the superficial hydroxyl groups and the amine groups. In the case of succinic compounds, adsorption takes place mainly through carboxylate functions. Focussing on the various spectroscopic signatures of stretching vibrations of the carbonyl bonds of the carboxylic functions (anhydride, diacid, dissociated diacid), phenomena in both the liquid phase and on the solid surfaces can be approached precisely. The last part of this thesis examines the evolution of the superficial properties of calcium carbonate powders coated with increasing amounts of anhydride molecules. Using high resolution nitrogen and argon adsorption, it is possible to visualize the progressive coverage of the surface by water repellent molecules. Water adsorption isotherms reveal that the hydrophobicity of solids does not prevent the adsorption of water molecules but that the structure of adsorbed water layers is strongly perturbated when compared to liquid water or to water adsorbed on the untreated mineral surface.