Conception de nouveaux revêtements dérivés de POSS aux performances anti-rayures et antiadhésives

par Loïs Ramos Correia

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Bérangère Toury-Pierre et de Victor Vuillet-A-Ciles.

Soutenue le 01-07-2022

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Journet.

Le jury était composé de Bérangère Toury-Pierre, Victor Vuillet-A-Ciles, Éric Le Bourhis, Sophie de Monredon-Senani, Michel Wong Chi Man.

Les rapporteurs étaient Éric Le Bourhis, Sophie de Monredon-Senani.

mots clés

• TPOSS
• APTES
• Anti-rayure
• Antiadhésif
• Omniphobe
• Stabilité thermique
• Propriétés mécaniques
• TRIMO
• Ustensiles de cuisine -- Innovation
• Résines époxydes
• Surfaces (technologie) -- Analyse
• Composites -- Applications industrielles

Résumé

Ce travail de recherche concerne l’élaboration de nouveaux revêtements à base de Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) pour des applications dans le domaine du culinaire. Ces systèmes, composés d’un empilement bicouche d’un primaire recouvert d’un vernis, doivent notamment satisfaire un cahier des charges très spécifique prenant en compte des aspects thermiques, mécaniques/tribologiques mais également un caractère antiadhésif durable. Plusieurs systèmes à base d’époxycyclohexyléthyl POSS (TPOSS), chargés/non chargés, additivés ou non ont été synthétisés et analysés (IR, RMN, ATG…) avant d’être enduits sur substrat aluminium pour la préparation de revêtements « primaire ». Ces revêtements, ont à leur tour, été caractérisés chimiquement (IR, RMN), thermiquement (ATG) et mécaniquement (test à la rayure, micro-indentation) afin de définir les dispositifs les plus performants et répondant aux cahiers des charges. Inspiré des surfaces omniphobes, le TPOSS a ensuite été utilisé dans une autre configuration, en mélange avec des polymères fonctionnels pour la conception d’un nouveau vernis présentant une anti-adhérence durable. Des mesures d’énergie, d’hystérèse et de pégosité mettent en évidence, la durabilité et le potentiel de ces nouvelles surfaces comme des candidats pour de futures applications culinaires. La réalisation d’un système bicouche primaire/vernis à partir des solutions développées a montré un fort potentiel en termes de performances anti-rayures et antiadhésives.

mots clés

• TPOSS
• TRIMO
• APTES
• Scratch-resistant
• Non-stick
• Omniphobic
• Thermal stability
• Mechanical properties

Titre traduit

Design of new POSS-derived coatings with anti-scratch and non-stick performance

Résumé

This research work focused on the development of new coatings based on Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane (POSS) for culinary applications. These systems, composed of a two-layer stacking of a primer covered with a finish, should satisfy particular specifications, taking into account thermal and mechanical/tribological aspects, as well as a durable non-stick behavior. Several solutions based on epoxycyclohexylethyl POSS (TPOSS) filled/unfilled, additivated or not, were synthesized and analyzed (IR, NMR, ATG...) before being coated on aluminum substrates for the preparation of "primer" coatings. These coatings, in turn, were characterized chemically (IR, NMR), thermally (ATG) and mechanically (scratch test, micro-indentation) in order to define the best performing devices that meet the promulged specifications. Inspired by omniphobic surfaces, TPOSS was then used in a different configuration, mixed with functional polymers to design a new finish with durable non-stick properties. Surface energy, hysteresis highlight the durability and potential of these new surfaces as candidates for future culinary applications. The realization of a two-layer primer/varnish system from the developed solutions has shown a strong potential in terms of anti-scratch and non-stick performance.