Applications d'un réacteur à plasma froid de type pulsé au traitement de surface de polymères

par Jérôme Larrieu

Thèse de doctorat en Chimie - Physique

Sous la direction de Bernard Held.

Soutenue en 2004

à Pau .


  • Résumé

    Ce travail de thèse a pour objectif d'améliorer les propriétés de surface de polymères (mouillabilité, biocompatibilité, adhésion) par des traitements mettant en œuvre les plasmas froids. Le champ d'étude s'est limité au traitement de surface de films minces de polystyrène atactique (aPS) et isotactique (iPS) par un plasma pulsé basse pression d'azote ou d'oxygène en régime de décharge luminescente anormal. L'utilisation d'un plasma pulsé de faible rapport cyclique (<1 %) permet d'améliorer considérablement la mouillabilité de surface dès les premiers instants du traitement, dont l'efficacité va essentiellement dépendre de la nature du gaz, de la puissance injectée, de la position du PS dans l'espace inter-electrodes ainsi que de la tacticité du PS. L'analyse physico-chimique XPS et AFM du traitement a permis de conclure que l'amélioration de la mouillabilité est liée à l'incorporation d'oxygène (même dans des plasmas d'azote) sous forme de fonctions polaires C-O, C=O et O-C=O, et que les effets mécaniques sur la surface restent négligeables permettant de multiplier l'adhérence par 4. Une étude énergétique à travers la modulation des temps de décharge t et de post-décharge tag a permis de montrer l'importance des espèces métastables dans la préparation de la surface : l'amélioration de la mouillabilité va dépendre de la façon dont l'énergie est injectée dans le plasma. L'étude du vieillissement a permis de mettre en évidence la bonne stabilité du traitement dans le temps ainsi qu'une réorganisation de la surface pouvant être limitée par la cristallinité partielle du iPS.

  • Titre traduit

    Applications of a pulsed cold plasma reactor to polymers surface treatment.


  • Résumé

    This Ph-D work aim is the polymers surface properties improvement (wettability, biocompatibility, adhesion) by using cold plasma treatments. This work deals with the atactic (aPS) and isotactic (iPS) polystyrene thin films surface treatment by using a low pressure pulsed plasma in nitrogen or oxygen abnormal glow discharge conditions. The use of a pulsed discharge with low duty cycle (< 1 %) allows a considerable wettability improvement since the first times of the treatment, which efficiency mainly depends on the gas nature, the injected power, the PS sample position in the inter-electrodes gap and the PS tacticity. Surface microscopic diagnostics monitored by XPS and AFM measurements have permitted to show that wettability improvement is mainly linked to oxygen incorporation (even in nitrogen plasmas) through grafting of new polar functions such as C-O, C=O and O-C=O, and that mechanical effects are negligible, allowing an adhesion increase by a factor 4. An energetic study trough the modulation of glow (t) and afterglow (tag) duration times showed the metastable species importance for the surface treatment: the wettability improvement will depend on the way in which the energy is injected in the plasma. Ageing study showed good treatment stability versus time of storage with a surface reorganisation which can be limited with the iPS partial cristallinity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (215 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographies en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université de Pau et des Pays de l'Adour. Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : US 456904
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