Revêtements polysilazane à activités antibactériennes

par Thi Dieu Hang Nguyen

Thèse de doctorat en Chimie et physico-chimie des polymères

Sous la direction de François-Xavier Perrin et de Dinh Lam Nguyen.

Soutenue le 15-12-2011

à Toulon , en partenariat avec Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (Toulon) (laboratoire) et de Mapiem (laboratoire) .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’étude de revêtements polysilazane (PSZ) élaborés dans le but d’inhiber l’adhésion des bactéries marines. Deux stratégies ont été étudiées : le greffage de chaînes poly(oxyde d’éthylène) (POE) (350, 750 ou 2000 g/mol) sur les chaînes PSZ par réactions d’hydrosilylation d’une part, et l’incorporation de composés du cuivre dans un film céramique issu de la pyrolyse d’un précurseur PSZ, d’autre part. Les conditions optimales de synthèse des PSZ greffés POE ont été définies afin de limiter notamment la réaction d’isomérisation de l’allyl-POE. La réticulation des PSZ greffés POE est alors effectuée par voie humide à température ambiante et procède par hydrolyse-condensation des fonctions alcoxysilane, SiH et SiN du précurseur PSZ. La prédominance des Si de type T3 (RSi(OSi)3) a été mise évidence par spectrométrie RMN du 29Si à l’état solide. La cristallisation des chaînes courtes de POE (350 g/mol) est totalement inhibée alors que l’aptitude des chaînes longues POE (750 et 2000 g/mol) à cristalliser est préservée. Le caractère hydrophile-hydrophobe et la capacité des films à inhiber l’adhésion bactérienne a été étudiée sur des revêtements à densités de greffons et à longueur de chaînes POE différentes. Les PSZs greffés POE 350g/mol avec un taux de greffage maximal conduisent à l’activité bactérienne la plus élevée de l’ensemble des revêtements étudiés.Les films céramiques incorporant du cuivre ont été préparés par pyrolyse d’un oligovinylsilazane en présence d’acétylacétonate de cuivre II sous atmosphère oxydante ou non oxydante. L’identification des phases des composés du cuivre a été effectuée par analyse DRX. L’environnement réducteur généré lors de la pyrolyse du PSZ favorise la formation d’espèces de cuivre (0) et cuivre (I) au détriment de cuivre (II). Les études bactériennes suggèrent que les cristaux CuO et Cu2O sont plus efficaces que le cuivre métal pour lutter contre l’adhésion bactérienne.

  • Titre traduit

    Polysilazane coatings with antibactericide activity


  • Résumé

    The objective of this work was to develop new polysilazane (PSZ) coatings which can inhibit the adhesion of marine bacteria. Two chemical strategies have been investigated: the grafting of poly(ethylene oxide) (POE) (350, 750, 2000 g/mol) on PSZ chains by hydrosilylation and the association of copper compounds with a pyrolized vinylsilazane matrix. The optimum conditions for grafting POE were defined to have a high selectivity toward olefin hydrosilylation. Crosslinking of POE-graft-PSZ was performed by moisture curing at room temperature. The main reactions occuring during curing are hydrolysis-condensation reactions of alkoxysilane, Si-H and Si-N functionalities. 29Si NMR in the solid state revealed the formation of a large amount of T3 Si [(RSi(OSi)3)]. The crystallization of short POE chains (350 g/mol) was found to be totally inhibited whereas long POE grafts (750 and 2000 g/mol) are still able to crystallize. The hydrophilic-hydrophobic properties and the antibactericidal activity of films with different graft density and POE chain length were studied. The POE (350 g/mol)-graft-PSZ with the greatest graft density were found to have the best antibactericidal activity. The incorporation of copper compounds in a pyrolized oligovinylsilazane was performed using copper acetylacetonate as a copper source. Pyrolysis was conducted in air or in Argon atmosphere. Identification of the copper phases was performed by XRD analysis. The reductive environment during thermal degradation of PSZ was found to favour the formation of copper (0) and copper (I) species relative to copper (II) species. The study of bacterial adhesion suggested that CuO and Cu2O crystals were more effective against bacterial adhesion than copper metal.


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