Soutenance de thèse de Mme Rachel Le Brouster

Résumé : Pour de nombreux secteurs industriels, la modification des propriétés de surface demeure un enjeu stratégique et peut être obtenue soit en changeant directement la chimie de surface, notamment via des dépôts, soit en structurant la surface, via la réplication de micro- ou de nanotextures, voie qualifiée de physique. Cette étude de thèse s’est inscrite dans l’objectif d’améliorer la compréhension des influences de la chimie de surface et de la structuration physique sur une propriété d’usage, ici d’hydrophobie, de substrats modèles en polystyrène (PS). 

Dans un premier temps, des additifs, appelés POISE-a, constitués de copolymères aléatoires d’oligomères de -styrène et de fluoro-MOM-styrène, ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée. Des formulations avec une matrice polystyrène à différents taux massiques ont été réalisées par voie solvant et ont permis de révéler des transitions nettes de comportements de mouillabilité. Des angles de contact statiques proches de 120° avec de l’eau ont été atteints pour des taux de POISE-a supérieurs, de l’ordre de quelques pourcents, résultat équivalent à une surface recouverte de groupements fluorés -CFx, témoignant de l’efficacité des additifs synthétisés lors de cette voie chimique.

Dans un deuxième temps, l’étude a été consacrée à la compréhension de l’origine du gain de propriétés d’hydrophobie du PS par ces additifs. L’analyse approfondie de la morphologie des mélanges a notamment permis de révéler le phénomène de séparation de phases entre l’additif et la matrice PS, avec la présence de nodules de tailles et de quantités variables dans le volume. Le comportement amélioré d’hydrophobie des mélanges PS/POISE-a a alors été relié à la migration des additifs à la surface des films, saturant la surface pour des teneurs de 10% en poids. Ces travaux ont ainsi permis de montrer la formation d’hétérogénéités chimiques en solution, dont certaines migrent en surface, et cristallisent durant la phase d’évaporation du solvant. Ce mécanisme de ségrégation a été relié à l’architecture des copolymères et à leurs interactions intra et/ou intermoléculaires avec la matrice polymère. 

La dernière partie de cette étude a été consacrée à la compréhension de l’apport des POISE-a et de la réplication de textures sur les propriétés de mouillabilité des pièces injectées en polystyrène. Il a été montré un effet positif des POISE-a sur le comportement rhéologique du PS, que ce soit par rhéométrie plan/plan ou lors de production de pièces par injection, avec un accroissement des vitesses d’écoulement des polymères additivés ainsi qu’un meilleur contrôle de la qualité des pièces injectées. L’amélioration des propriétés d’hydrophobie du PS injecté a été obtenue soit par réplication de textures soit lors de l’addition de POISE-a sur des surfaces non-texturées.