Revêtements sol-gel TiO2-SiO2 naturellement super-hydrophiles visant à développer des surfaces à nettoyabilité accrue

par Manuel Houmard

Thèse de doctorat en Matériaux, mécanique, génie civil, et électrochimie

Sous la direction de Michel Langlet et de Grégory Berthomé.

Soutenue en 2009

à Grenoble, INPG .


  • Résumé

    L'ajustement adéquat de formulations sol-gel et de leurs compositions en TiO2 et SiO2 a conduit à des revêtements composites TiO2-SiO2 naturellement super-hydrophiles et présentant une persistance optimale de leur super-hydrophilie en l'absence de rayonnement UV. Cette persistance optimale est également corrélée à une facilité accrue de photo-régénération de la super-hydrophilie, par une courte exposition UV, lorsque cette propriété finit par disparaître au cours d'un vieillissement prolonge��. Des adaptations spécifiques des protocoles expérimentaux montrent également qu'il est possible d'extrapoler ces performances de mouillage à toutes sortes de supports, non seulement des supports en acier inoxydable, mais aussi des supports à faible tenue thermique (par exemple des polymères ou textiles peuvent être envisagés). Des études physico-chimiques et morphologiques indiquent que, si des effets de porosité et rugosité de surface ne sont pas à exclure, les performances de mouillage des revêtements composites découlent probablement avant tout d'effets d'interfaces granulaires TiO2-SiO2. Cette hypothèse semble en partie confirmée par des premières mesures de forces superficielles par AFM en milieu aqueux et de mouillabilité à pH variable. Les travaux mettent également en évidence un parallèle entre la lipophilie et l'hydrophilie de surface de différents films sol-gel. Bien que de façon générale ce parallèle ne plaide pas en faveur d'une nettoyabilité accrue de la surface revêtue, des tests de nettoyabilité statique et dynamique montrent finalement que, du fait de leur forte composante polaire d'énergie de surface, les revêtements composites super-hydrophiles favorisent un dégraissage aisé des surfaces polluées à l'huile minérale ou végétale, ce qui valide définitivement le concept de surfaces à nettoyabilité accrue. Des approches théoriques ont également été régulièrement proposées et permettent de justifier en grande partie les comportements de mouillage à l'eau ou à l'huile observés sur les revêtements faisant l'objet de ce travail.


  • Résumé

    A suitable adjustment of sol-gel formulations and their TiO2 and SiO2 compositions yields TiO2-SiO2 composite films showing a natural super-hydrophilicity and an optimal persistence of this property in absence of any UV light. This optimal persistence is also correlated to an easier photo-regeneration of the super-hydrophilicity, through a short UV exposition, when this property disappears over prolonged aging. Additionally, specific adaptations of the experimental procedures show that it is possible to extrapolate these wettability performances to different supports such as stainless steels or substrates with a weak thermal resistance (for instance polymers or textiles can be envisaged). Physico-chemical and morphological studies indicate that, though porosity and roughness effects cannot be excluded, wettability performances of composite films probably essentially result from TiO2-SiO2 granular interface effects. This hypothesis seems partially confirmed by first AFM measurements of superficial forces in aqueous medium and wettability measurements at various pH. This work also evidences a parallel between the lipophilicity and the hydrophilicity of various sol-gel films. Though this parallel is not expected to favour an enhanced cleanability of the coated surface, static and dynamic cleaning tests finally show that, owing to their high polar component of the surface energy, super-hydrophilic composite films yield an easier degreasing of surfaces polluted by mineral or vegetal oil, which definitively demonstrates the concept of enhanced cleanability surfaces. Theoretical approaches have also regularly been proposed and allow explaining in great part the water and oil wettability behaviours observed for films studied in this work.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (231 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 189 réf.

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
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  • Cote : TS09/INPG/0019/D
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