• Langue : Anglais
• Discipline : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Identifiant : 2021LILUI023
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 19/01/2021

Résumé en langue originale

Les matériaux à changement de phase (MCP) peuvent stocker ou libérer spontanément une grande quantité de chaleur latente pendant leurs transitions de phase induite par les variations de température environnantes. Ils sont considérés comme les principaux candidats pour le stockage de l’énergie thermique et pour satisfaire la demande croissante en termes de gestion thermique, et ils sont également utilisés dans le textile pour améliorer le confort thermique. Ces dernières années, l'électro-pulvérisation a été largement utilisée pour fabriquer des microparticules et des microcapsules. En outre, lorsque les textiles sont placés sur le collecteur, le revêtement fonctionnel des textiles par les microcapsules électrosprayées est également réalisé lors du processus d'électro-pulvérisation. Ce travail vise à concevoir une méthode d'électro-pulvérisation appropriée pour piéger les MPC dans des microcapsules à double couche d'enveloppe. Le poly(acide lactique) et le polycaprolactone ont été sélectionnés comme enveloppes interne et externe fusible pour une fonctionnalisation de surface des textiles au cours d'un post-traitement par montée de température.Des microparticules de poly(caprolactone) (PCL) ont été produites par électro-pulvérisation en utilisant de cinq solvants (acétate d'éthyle, acétone, anisole, acide acétique glacial et chloroforme) à différentes concentrations de PCL, et en ajustant les paramètres de fonctionnement. Les effets des propriétés de la solution (tension de surface, conductivité électrique, viscosité et pression de vapeur) et des paramètres de fonctionnement (débit, distance de travail et tension appliquée) sur la formation des particules électro-pulvérisées ont été clarifiés.Deux n-alcanes (n-hexadécane et n-eicosane) à trois teneurs de charge (30 %, 50 % et 70 % en poids) ont été encapsulés avec succès dans une matrice de polycaprolactone par électrosprayage à buse unique, avec l'acétate d'éthyle (EA) et le chloroforme (Chl) comme solvants. Les effets de l'état de phase des n-alcanes, des ajouts de n-alcanes et de la sélection des solvants sur le processus d'électro-microencapsulation ainsi que la structure, la morphologie et les propriétés des mMCP obtenues ont été analysés. Afin d'améliorer l'efficacité de l'encapsulation, un système coaxial a également été utilisé. Une comparaison complète entre l'électro-pulvérisation à buse unique et coaxiale dans l'encapsulation des MCP, en se concentrant sur les structures, les morphologies et les propriétés thermiques des microcapsules correspondantes, a été réalisée. En raison de certaines limitations liées à la PCL, l'acide polylactique a été choisi comme autre matrice d'enveloppe pour réaliser la microencapsulation des PCM. Les effets de la concentration de PLA et de la teneur en charge de n-hexadécane sur les structures et les propriétés des mMCP résultantes ont été analysés. Enfin, à partir de ces travaux, les microcapsules à double membrane ont été fabriquées par électro-pulvérisation à buse coaxiale. Entre-temps, afin d'optimiser la structure, la morphologie et les propriétés thermiques des microcapsules finales de n-hexadécane / PLA/PCL et de mieux réaliser le revêtement fonctionnel des textiles, les effets des différentes additions de n-hexadécane, des différents rapports de poids entre le PCL et le PLA sur les structures, les morphologies et les propriétés des mMCP obtenues ont été étudiés en détail. Les microcapsules électro-pulvérisées avec une enveloppe à double couche offriront non seulement un grand potentiel et des avantages pour la fabrication de textiles à régulation thermique, mais aussi une nouvelle orientation pour les domaines du stockage de l'énergie et de la gestion thermique.

Résumé traduit

Phase change materials (PCMs) can store or spontaneously release a large amount of latent heat during their phase transitions induced by surrounding temperature variations. They are considered the leading candidates for thermal energy storage and meet the increasing demand for thermal management, and are also used in textiles to improve thermal comfort. In recent years, electrospraying has been widely used to manufacture microparticles and microcapsules. When textiles are placed on the collector, the functional coating of the textiles by the electrosprayed microcapsules is achieved during the electrospraying process. This work aims at designing an appropriate electrospray method to trap the MPCs in microcapsules with a double shell layer. Poly(lactic acid) and polycaprolactone have been selected as fusible inner and outer shells for surface functionalization of textiles during a post-treatment by temperature rise.Poly(caprolactone) (PCL) microparticles were produced by electrospraying using five solvents (ethyl acetate, acetone, anisole, glacial acetic acid, and chloroform) at different concentrations of PCL and adjusting the operating parameters. The effects of solution properties (surface tension, electrical conductivity, viscosity, and vapor pressure) and operating parameters (flow rate, working distance, and applied voltage) on the formation of electrosprayed particles were clarified.Two n-alkanes (n-hexadecane and n-eicosane) with three filler contents (30%, 50%, and 70% by weight) were successfully encapsulated in a polycaprolactone matrix by single-nozzle electrospraying with ethyl acetate (EA) and chloroform (Chl) as solvents. The effects of n-alkane phase state, n-alkane additions, and solvent selection on the electro-microencapsulation process, and the structure, morphology, and properties of the resulting mMCPs were analyzed. In order to improve the efficiency of the encapsulation, a coaxial system was also used. A complete comparison between single-nozzle and coaxial electrospray in the encapsulation of MCPs, focusing on the structures, morphologies, and thermal properties of the corresponding microcapsules, was performed. Due to certain limitations related to LCP, polylactic acid was chosen as an alternative shell matrix to achieve the microencapsulation of PCMs. The effects of PLA concentration and n-hexadecane filler content on the structures and properties of the resulting mMCPs were analyzed. Finally, based on this work, the double membrane microcapsules were fabricated by coaxial nozzle electrospraying. In the meantime, in order to optimize the structure, morphology, and thermal properties of the final n-hexadecane / PLA/PCL microcapsules and to better realize the functional coating of textiles, the effects of the different additions of n-hexadecane, of the different weight ratios between PCL and PLA on the structures, morphologies, and properties of the resulting mMCPs were studied in detail. Electrosprayed microcapsules with a double-layer envelope will offer great potential and advantages for the manufacture of thermally controlled textiles and a new orientation for the fields of energy storage and thermal management.