Etude de l'adhérence peinture sur des nouvelles matières plastiques. Mécanismes et caractérisation.

Study of paint adhesion on new plastics materials. Mechanisms and charaterizations.

• Auteur / Autrice : Marine Borg
• Direction : Christophe Derail, Yann Tison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 26/06/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau) - IPREM INSTITUT DES SCIENCES ANALYTIQUES ET DE PHYSICO-CHIMIE POUR L'ENVIRONNEMENT ET LES MATERIAUX
• Jury : Président / Présidente : Corinne Nardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Derail, Eric Papon, Dimitri Mercier, Maurice Brogly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Papon, Dimitri Mercier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitements de surface

Polypropylène

Peinture

Mots clés libres

Adhésion

Traitement de surface

Polypropylène

Boucliers

Peinture

Caractérisations de surface

Adhesion

Surface treatment

Polypropylene

Bumpers

Paint

Surface characterizations

Résumé

Les matériaux à base de copolymères de polypropylène (PP) sont largement utilisés par l'industrie automobile grâce à leurs nombreux avantages : allègement de la masse du véhicule, réduction de sa consommation et de la pollution induite, propriétés mécaniques et thermiques adaptées (résistance à la déformation et à la chaleur), réduction des coûts de production. La plupart des éléments intérieurs sont concernés mais aussi quelques pièces extérieures, tels que les boucliers ou les pare-chocs. Dans le cadre de nos travaux, nous nous sommes intéressés plus particulièrement aux boucliers, qui sont généralement peints pour des raisons esthétiques. Cela n'est pas sans poser quelques difficultés compte tenu de la faible tension de surface naturelle de ces matériaux qui peut engendrer des difficultés de tenue de la peinture sur ce type de surface. Plusieurs développements et améliorations sur le procédé de mise en peinture de ces matériaux ont eu lieu depuis le début de leur utilisation.(1) De nombreux travaux de recherche ont été menés sur les phénomènes d'adhésion sur des surfaces à faible énergie de surface. Il a ainsi été mis en évidence l'importance de préparer les surfaces avant leur mise en peinture afin d'augmenter leur énergie de surface. Les divers travaux se focalisent sur les différents paramètres de traitement, comme le flammage, en vue d'optimiser l'énergie de surface et de manière induite la tenue de la peinture. La composition chimique des matériaux à base de polypropylène (PP) est également un sujet traité par différents travaux, car selon les additifs et charges dans les formulations, l'adhésion de surface peut varier. Ce projet de thèse s'est focalisé sur la problématique de l'adhésion des peintures sur des matières plastiques commerciales. L'objectif principal est de mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques d'adhésion entre les peintures et les pièces plastiques à base de polypropylène. Nous proposons une caractérisation complète, à différentes échelles, d'une série d'échantillons modèles visant à une meilleure compréhension des mécanismes d'adhésion de la peinture sur les plastiques. Des techniques de caractérisations de surface, comme l'XPS, le MEB, l'AFM ou des mesures d'angle de contact ont été utilisées pour comprendre les mécanismes se produisant à l'interface. Les traitements par flammage et par UV-ozone ont été choisis pour activer les surfaces. Deux axes de recherches ont été menés. D'une part, nous avons étudié l'influence de la quantité de talc, charge contenue dans les formulations commerciales, sur les propriétés d'adhésion. D'autre part, nous avons étudié l'impact des traitements de surface. D'après nos résultats, la quantité de charge minérale dans les mélanges de PP n'impacte pas la tenue de la peinture malgré leur influence sur le degré de cristallisation pouvant affecter la structure de la surface. Un traitement de surface modifiant les propriétés physiques de la surface, comme le flammage, reste indispensable pour assurer une bonne tenue de la peinture sur le support plastique et nous montrons dans nos travaux les modifications engendrées par ce traitement aboutissant à une meilleure tenue de la peinture.(1) En Europe, la Renault 5 fut la première voiture dotée d'un parechoc plastique. Vers 1985, on voit apparaitre des boucliers peints de la même couleur que la carrosserie.

Materials based on polypropylene (PP) copolymers are widely used in automotive industry, thanks to their many advantages: lower vehicle weight, reduced fuel emission and pollution, good mechanical and thermal properties (resistance to deformation and heat), lower production costs. This applies to most interior components, but also a number of external parts like bumpers and shields. In our work, we were particularly interested in shields which are generally painted for aesthetic reasons. This raises several issues given the low natural surface tension of these materials, leading to a weak adhesion of paints on this type of surface. There have been a number of developments and improvements in the painting process for these materials since the beginning of their use. Many research projects have been carried out regarding adhesion phenomena on surfaces with low surfaces energy. They have highlighted the importance of preparing surfaces before they are painted in order to increase their surface energy. Various studies focus on the different treatment parameters, such as flaming, with a view to optimizing the surface energy and, consequently, the durability of the paint. The chemical composition of polypropylene (PP)-based materials is also a subject treated by various studies, because surface adhesion can vary depending on the additives and fillers in the formulations. This project aims at investigating the issues related to paint adhesion to commercial plastics. The main objective is to better understand the physico-chemical mechanisms of adhesion between paint and polypropylene-based plastic parts. We are proposing a complete characterization, at different scales, of a series of model samples aimed at a better understanding of the adhesion mechanisms of paint on plastics. Surface characterization techniques such as XPS, MEB, AFM and contact angle measurements were used to understand the interface mechanisms. Flame and UV-ozone treatments were chosen to activate the surfaces. Two lines of research were carried out. Firstly, we studied the influence of the quantity of talc, a filler contained in commercial formulations, on adhesion properties. Secondly, we studied the impact of surface treatments. According to our results, the quantity of mineral filler in PP blends has no impact on paint adhesion, despite their influence on the degree of crystallization, which can affect the surface structure. A surface treatment that modified the physical properties of the surface, such as flaming, is still essential to ensure that the paint holds well on the plastic substrate, in our work we show the modifications generated by this treatment, leading to better paint adhesion.(1) In Europe, the Renault 5 was the first car to be equipped with a plastic bumper. Around 1985, bumpers were painted the same color as the bodywork.