Elaboration de surfaces textiles amphiphobes nanostructurées à partir de monomères conducteurs

Amphiphobic textile surfaces nanostructured from conducting monomers

• Auteur / Autrice : Caroline Fradin
• Direction : Thierry Darmanin, Frédéric Guittard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 17/09/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : N.I.C.E. Lab
• Jury : Président / Présidente : Dominique Hourdet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Darmanin, Frédéric Guittard, Dominique Hourdet, Catherine Debiemme-Chouvy, Jannick Duchet-Rumeau, Sonia Amigoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Debiemme-Chouvy, Jannick Duchet-Rumeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Technique des plasmas

Traitements de surface

Autoassemblage

Monomères

Polymérisation

Nanostructures

Corps gras

Surfaces hydrophobes

Mots clés libres

Hydrophobie

Oléophobie

Nanostructures

Électropolymérisation

Monomères conducteurs

Textile

Auto-assemblage

Traitement plasma

Nanoparticules greffées

Hydrophobicity

Oleophobicity

Nanostructures

Electropolymerization

Conducting monomers

Textile

Self-assemblies

Plasma treatment

Grafted nanoparticles

Résumé

Les surfaces textiles sont les matériaux privilégiés pour la protection du combattant vis-à-vis d’un environnement chimique ou bactériologique contaminant. Le développement de surfaces textiles permettant d’empêcher la pénétration de liquide toxique sous forme de gouttelettes nécessite la conception de surfaces fibreuses amphiphobes. A ce jour, pour obtenir des propriétés oléophobes, il est commun d’utiliser industriellement des composés organofluorés dont le nombre de carbone perfluoré est de huit ou plus. Cependant ces substances sont depuis peu soumises à restriction du fait de leur bioaccumulation chez l’animal. Pour atteindre les propriétés amphiphobes recherchées en se limitant à de faibles longueurs de chaines fluorées, il est donc nécessaire de nano-structurer les surfaces. La technique d'électropolymérisation de monomères conducteurs en solvant organique est une méthode de choix pour la nano-structuration de surface.Dans cette thèse, plusieurs monomères conducteurs ont ainsi été électrodéposés et des stratégies mises en place pour contrôler la morphologie des dépôts et leurs propriétés de mouillabilité. Afin d’optimiser la création de structures à géométries réentrantes, la formation de nanostructures poreuses par électropolymérisation en milieu organique a particulièrement été étudiée. Le mécanisme proposé consiste en la création d'un support de déposition des polymères par auto-assemblage des monomères et électrolytes en micelles inverses. Ces résultats ont été mis à profit pour la nano-structuration de grilles en acier inoxydable. Les surfaces maillées modèles réalisées à partir de courtes chaînes perfluorées présentent des propriétés superhydrophobes et oléophobes. L'application sur des tissus nécessitait de les rendre conducteurs tout en maximisant l'adhérence entre la fibre et les revêtements. Pour cela, plusieurs techniques ont été utilisées, notamment la technologie plasma, mais l’électropolymérisation sur tissu n’a pas donné de résultat convainquant. Néanmoins, des textiles amphiphobes ont été obtenus suite au développement d’un revêtement fortement adhérent à la fibre textile par polymérisation induite par plasma de monomères conducteurs et aux nano-structurations réalisées par gravure plasma. Des nanoparticules de silice greffées ont enfin été ajoutées au revêtement textile, afin d'optimiser ses propriétés amphiphobes.

Textile surfaces are employed for the protection of the combatant against a contaminating chemical or bacteriological environment. The development of textile surfaces in order to prevent the penetration of toxic liquid in the form of droplets requires the design of amphiphobic fibrous surfaces. To date, it is common practice to industrially use organofluorine compounds whose number of perfluorinated carbon is eight or more to obtain oleophobic properties. However, these substances have recently been subject to restriction due to their bioaccumulation in animals. To achieve the desired amphiphobic properties with limitation to short fluorinated chains, the nano-structuration of the surfaces is therefore required. The electropolymerization technique in organic solvent is a method of choice for surface nano-structuring.In this thesis, several conductive monomers were thus electrodeposited and strategies implemented to control the morphology of the deposits and their wettability properties. In order to optimize the creation of structures with reentrant geometries, the formation of porous nanostructures by electropolymerization in an organic medium has been particularly studied. The proposed mechanism consists of the creation of a support for the deposition of the polymers by self-assembly of the monomers and electrolytes in reverse micelles. These results were used for the nanostructuring of stainless steel grids. Model mesh surfaces with short perfluorinated chains exhibited superhydrophobic and oleophobic properties. Application to fabrics required making them conductive while maximizing the adhesion between the fiber and the coatings. Several techniques were used for this, including plasma technology, but electropolymerization on fabrics did not give convincing results. Nevertheless, amphiphobic textiles have been obtained following the development of a coating strongly adherent to the textile fiber by plasma-induced polymerization of conductive monomers, and nanostructuration performed by plasma etching. Finally, grafted silica nanoparticles have been added to the textile coating, in order to optimize its amphiphobic properties.