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Polymérisation plasma et revêtements fonctionnels

Ingénierie de polymères plasma fonctionnels

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Philippe Kunemann, Jamerson Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : florence.bally-le-gall@uha.fr and vincent.roucoules@uha.fr

La polymérisation assistée par plasma est un procédé vert de fonctionnalisation de surface s’affranchissant de l’utilisation de tout solvant. Les revêtements de polymère formés (typiquement d’une épaisseur de l’ordre d’une centaine de nanomètres) peuvent être déposés sur des matériaux de nature très variée en terme de composition et de géométrie car le dépôt de polymère s’effectue à température ambiante et en phase vapeur. De plus, l’adhérence de ces revêtements aux matériaux est généralement bonne car elle est basée sur des liaisons fortes à l’interface matériau/film mince mais aussi au sein du film mince (polymère réticulé), ce qui confère une bonne durabilité des revêtements. Nous exploitons cette technique de fonctionnalisation de surface pour synthétiser des revêtements de polymère fonctionnel sur mesure pour viser des propriétés d’usage à haute-valeur ajoutée (revêtements antibactériens, superhydrophobes, hydrogels, entre autres). Nous avons également pour objectif de comprendre la relation entre la structure du film mince et le comportement du revêtement dans son environnement (gazeux, liquide, solide ou biologique).

Mécanismes de formation des polymères plasma et nanostructuration

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Jamerson Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : jamerson.oliveira@uha.fr , vincent.roucoules@uha.fr

Un plasma produit une large gamme d’espèces (molécules, atomes, radicaux) dans de nombreux états énergétiques (ionisés, excités, métastables et fondamentaux). Ces précurseurs peuvent réagir ou s’auto-assembler pour former des objets polymères solides aux propriétés spécifiques. Nous cherchons à comprendre et à contrôler les mécanismes liés à la morphogenèse des structures complexes générées lors de la polymérisation assistée par plasma. Le défi vient de la difficulté à identifier les espèces prédominantes conduisant à la formation d’unités organisées et des dimensions caractéristiques de ces systèmes pour lesquels des phénomènes chimiques et physiques peuvent avoir lieu à différentes échelles spatiales et temporelles.

Design de polymères plasma superhydrophobes

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Philippe Kunemann, Jamerson Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : florence.bally-le-gall@uha.fr and aissam.airoudj@uha.fr

La fabrication de revêtements superhydrophobes durables est un défi pour de nombreuses applications (textile, électronique…). Le contrôle des espèces plasmagènes formées, des mécanismes de polymérisation et des interactions plasma/surface est crucial pour conférer une certaine durabilité aux revêtements, tout en obtenant la fonctionnalité et la morphologie correspondant à l’application ciblée. Si l’utilisation de perfluoroacrylates comme précurseurs de polymères plasma superhydrophobes conduit à des performances remarquables, puisqu’ils permettent de synthétiser des revêtements nanostructurés à faible énergie de surface, les chimies sans fluor sont au cœur de plusieurs projets de recherche actuels, en accord avec la réglementation REACH.

Fabrication d’interfaces stimulables

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Philippe Kunemann, Jamerson Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : florence.bally-le-gall@uha.fr

L’élaboration de revêtements fonctionnels répondant à un stimulus (thermique ou mécanique) apporte des propriétés intelligentes à la surface du matériau, régissant les interactions de ce dernier avec son environnement sans en modifier la formulation. L’ingénierie de ces interfaces intelligentes peut utiliser la polymérisation plasma et la post-modification des films polymères fonctionnels obtenus. Plus particulièrement, le contrôle de la réactivité interfaciale a permis de générer une adhésion covalente réversible par stimulus thermique entre deux substrats via un polymère plasma greffé avec des composés réagissant par réaction de Diels-Alder.
Par exemple, le contrôle de la réactivité interfaciale a permis de générer une adhésion covalente réversible entre deux substrats : un simple changement de température permet d’assembler ou de désassembler des matériaux par l’intermédiaire d’un polymère plasma fonctionnalisé avec des groupements réagissant par réaction de Diels-Alder.

Précurseurs biosourcés pour la polymérisation plasma

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Jamerson C. de Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : jamerson.carneiro-de-oliveira@uha.fr

La polymérisation plasma offre plusieurs avantages en terme d’éco-conception par rapport à d’autres stratégies de fonctionnalisation de surface. Par exemple, elle est réalisée en l’absence de solvant et de catalyseur. Au cœur du procédé de polymérisation plasma, la sélection du précurseur est cruciale car elle conditionne les propriétés finales du polymère plasma et l‘utilisation de précurseurs issus de la biomasse est un enjeu majeur pour répondre à des problématique de développement durable. Les objectifs sont soit de créer des polymères plasma avec de nouvelles propriétés, soit de tester la faisabilité d’utiliser des précurseurs biosourcés pour remplacer les précurseurs déjà utilisés.

Traitement plasma – Fonctionnalisation de surface

Aissam Airoudj, Florence Bally-Le Gall, Jamerson C. de Oliveira, Vincent Roucoules
Contact : aissam.airoudj@uha.fr et vincent.roucoules@uha.fr

L’interaction d’un plasma avec une surface peut induire des procédés d’ablation, la fonctionnalisation de surface ou le dépôt d’un film mince de polymère, selon la nature du gaz utilisé. Si le dépôt de polymères plasma est l’objectif principal de nos activités de recherche, nous avons également une solide expérience dans le traitement par plasma de surfaces avec des gaz non polymérisables (fonctionnalisation de surface). Ce traitement, réalisable sur des matériaux de nature très variée en particulier organique/polymérique, permet par exemple d’augmenter l’adhérence de la surface traitée avec un autre matériau, de modifier la mouillabilité de la surface ou de changer les propriétés d’adsorption de divers composés sur la surface.