Propriétés de mouillage de surfaces chimiquement hétérogènes

par Murielle Bouteau

Thèse de doctorat en Physicochimie des polymères

Sous la direction de Françoise Perrot et de Dominique Teyssié.

Soutenue en 2007

à Cergy-Pontoise , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) .

mots clés

• Mouillage (chimie des surfaces)
• Polymères

Résumé

Cette thèse porte sur l’effet des hétérogénéités chimiques sur certaines propriétés de mouillage de surface. Deux types de surfaces ont été étudiés. La première a été obtenue par la technique de Langmuir-Blodgett (LB) en transférant sur substrat solide des mélanges de molécules amphiphiles de deux types hydrocarboné et fluorocarboné formant des émulsions bidimensionnelles. La seconde a été obtenue par voie chimique : des réseaux interpénétrés de polymères élaborés en combinant deux polymères. Les surfaces ont été caractérisées systématiquement par microscopie à force atomique puis par mesures d’angle de contact dynamique. Un ordre de grandeur de l’énergie de surface des films LB formés d’un seul type de molécules est obtenu en utilisant les différents modèles de la littérature, mettant en évidence la limite de certaines approches. La loi de Cassie est vérifiée avec l’angle d’avancée pour les différents liquides utilisés, ce n’est le cas avec l’angle de reculée. L’étude de la variation de la force nécessaire au glissement de la goutte en fonction de l’hystérésis de l’angle de contact a permis de montrer l’effet prédominant de l’avant et de l’arrière de la goutte dans la direction du glissement. Une étude systématique de réseaux simples de polymères a montré que la présence d’agrégats en surface est corrélée à un paramètre en masse, la température de relaxation mécanique. L’hystérésis a été aussi corrélée à cette température. L’étude réalisée sur la surface des réseaux interpénétrés de polymères à base de poly(oxyde d’éthylène) et d’acétate butyrate de cellulose confirme l’importance de cette température.

Titre traduit

Wetting properties of chemically heterogeneous surfaces

Résumé

The effect of chemical heterogeneities on surface wetting properties is investigated in this thesis. Two types of surfaces were studied. First, Langmuir-Blodgett (LB) technique is used to transfer onto solid hydrophilic substrate mixtures of behenic acid and fluorinated amphiphilic molecules forming two-dimensional emulsions. The second surface type is obtained chemically: interpenetrated polymer networks developed by combining two polymers. The surfaces were systematically characterized by atomic force microscopy, then by dynamic contact angle measurements. In the case of the LB films formed by only one type of molecule, a surface energy order of magnitude is obtained by using various literature models, highlighting the limit of certain approaches. The experimental data obtained with different liquids fit well the Cassie’s law with the advancing angle, it is not the case with the receding angle. The variation of the force necessary for drop sliding with to the contact angle hysteresis indicates the prevailing effect in front of and behind the drop in the direction in which it slides. Systematic studies of simple polymer networks show that the presence of aggregates on the surface is correlated with a mass parameter, the mechanical relaxation temperature. The hysteresis is also correlated to this temperature. The study carried out on the surface of the interpenetrated networks of polymers containing poly (ethylene oxide) and acetate butyrate of cellulose confirms the importance of this temperature.