Vers un traitement superhydrophobe, durable et respectueux de l’environnement pour le textile : la solution de la polymérisation plasma

Towards a superhydrophobic, durable and eco-friendly treatment for textiles : the solution of plasma polymerization

• Auteur / Autrice : Syrine Jebali
• Direction : Vincent Roucoules
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/10/2021
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Textiles et tissus -- Recherche

Surfaces hydrophobes

Polymérisation sous plasma

Mots clés libres

Polymérisation plasma

Contrôle spatio-temporel

Textiles superhydrophobes

Durabilité du revêtement

Traitement de surface respectueux de l’environnement

Plasma polymerization

Spatio-temporal control

Superhydrophobic textiles

Coating durability

Eco-friendly surface treatment

Résumé

L'industrie textile s’intéresse depuis longtemps aux propriétés superhydrophobes et auto-nettoyantes. Le dépôt de composés fluorés à longues chaînes carbonées à la surface des textiles est actuellement le moyen le plus efficace d’obtenir de telles propriétés. En raison de leurs effets néfastes sur la santé et l'environnement, ces composés doivent être remplacés conformément à la réglementation REACH. Dans cette thèse, la polymérisation plasma a été choisie pour concevoir des traitements de surface durables, superhydrophobes et respectueux de l'environnement pour textiles. Dans ce contexte, la possibilité de contrôler temporellement et spatialement la cinétique de polymérisation plasma d'un précurseur modèle largement étudié à l'IS2M, à savoir l'anhydride maléique, a été démontrée dans un réacteur original d'un mètre de long. De plus, la possibilité de contrôler les propriétés chimiques et morphologiques des films polymères a été abordée. Suivant une méthodologie expérimentale similaire, le contrôle de la polymérisation plasma d'un précurseur organosiliconé, à savoir l’hexaméthyldisiloxane (HMDSO) a été étudié pour obtenir un revêtement superhydrophobe vert. L'accent a été mis sur la compréhension de la résistance au lavage de ces revêtements en caractérisant la cohésion du revêtement et de son adhérence à la fibre. Enfin, un second précurseur non fluoré a été testé en tant qu’alternative innovante à l’HMDSO. En contrôlant finement les paramètres temporels et spatiaux de la décharge plasma, les performances de superhydrophobie des polymères plasma et leurs durabilités ont pu être modifiées, soulignant l’approche tout à fait pertinente développée dans ce travail de thèse.

The textile industry has been interested for long in water-repellency and self-cleaning properties. Deposition of fluorinated compounds with long carbon chains on the surface of textiles is currently the most efficient solution to reach such properties. Because of their harmful effects on health and environment, these chemicals have to be replaced in accordance with REACH specifications. During this PhD work, plasma polymerization process has been chosen as a good candidate to engineer durable, superhydrophobic and eco-friendly surface treatments for textiles. In this context, we successfully demonstrated the possibility to control temporally and spatially plasma polymerization kinetics of a model precursor widely studied at the IS2M, namely maleic anhydride, in an original one-meter long reactor. More than that, the possibility to control the chemical and morphological properties of plasma coatings was particularly addressed. Following a similar experimental methodology, the control of plasma polymerization of an organosilicon precursor, namely hexamethyldisiloxane (HMDSO), was investigated to get eco-friendly superhydrophobic coating. A focus was made on the understanding of thin film resistance to washing by characterizing coating cohesion and adhesion to the textile fiber. Finally, a second fluorine-free precursor was tested as an innovative alternative to HMDSO to engineer eco-friendly superhydrophobic coatings. By a fine tuning of temporal and spatial parameters of the plasma discharge, water-repellency performances of plasma polymer coatings and their durability could be significantly modified, highlighting the interesting approach developed during this PhD work.