Fundamental approach for fouling growth mechanisms comprehension at a stainless steel surface : development of antifouling coating for stainless steel

par Ghassan Saadoon Dawood Al-Ogaili

Thèse de doctorat en Molécules et matière condensée

Sous la direction de Michel Traisnel et de Maude Jimenez.

  • Titre traduit

    Approche fondamentale des mécanismes de croissance d’un encrassement laitier sur une surface d'acier inoxydable dans le but de développer des revêtements anti-encrassement


  • Résumé

    Le présent travail porte sur un problème crucial de l’industrie laitière:l'encrassement causé par le lait pendant un traitement thermique. L'objectif de ce travail était de comprendre le mécanisme de dépôt et de croissance de l’encrassement laitier à la surface de conduites en acier inoxydable afin de pouvoir élaborer une surface qui permette de limiter, voire d’empêcher cet encrassement. La morphologie et composition de la couche d'encrassement dépendent fortement de la solution d'encrassement. Quand de l'eau avec une dureté nulle est utilisée, la couche d'encrassement est fine, lisse et homogène. Inversement, avec de l'eau du robinet fortement concentrée en calcium, la couche d'encrassement est très épaisse, rugueuse et montre un mécanisme de croissance en arborescence. Afin de mieux comprendre l’initiation des mécanismes d’encrassement, des échantillons ont été soumis à un processus d'encrassement limité à une minute pour les deux solutions, ce qui entraîne la formation de couches d’épaisseur nanométrique.Les interactions entre les protéines du lait et le calcium à la surface de l’acier ont pu être étudiées par des techniques d’analyse d’extrême surface (XPS, ToF-SIMS et AFM), ce qui a permis d’améliorer la compréhension des mécanismes d’encrassement. L’étude s’est ensuite portée sur la réduction de l’encrassement par l’intermédiaire de revêtements sur acier inoxydable, soit par voie plasma atmosphérique soit par voie sol-gel. Parmi les différents revêtements étudiés, un revêtement déposé par voie plasma atmosphérique (utilisant l’hexaméthyldisiloxane HMDSO comme précurseur) conduit à une réduction importante de l’encrassement laitier.


  • Résumé

    This work presents an important problem in the dairy industry: the fouling caused by milk during heat treatment. The objective of this study was to understand the mechanism of deposition and growth of dairy fouling on the surface of stainless steel pipes in order to develop a surface that limited or even prevent this contamination. The morphology and composition of the fouling layer strongly depends on the solution of fouling. When water with Total Hardness zero is used, the fouling layer is thin, smooth and homogeneous. Conversely, with tap water in highly concentrated calcium, the fouling layer is very thick, rough and shows a mechanism for tree growth. To better understand the mechanisms of fouling initiation, samples were subjected to a process of fouling than one minute for both solutions, resulting in the formation of layers of fouling thickness interactions nanométrique.Les between milk proteins and calcium on the surface of the steel could be studied by techniques of extreme surface (XPS, ToF-SIMS and AFM) analysis, which has improved the understanding of the mechanisms fouling. The study is then focused on the reduction of fouling by means of coatings on stainless steel, either by atmospheric plasma or by sol-gel. Among the different coatings studied, a coating deposited by atmospheric plasma (using hexamethyldisiloxane HMDSO as precursor) leads to a significant reduction in milk fouling.


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