• Langue : Français
• Discipline : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
• Identifiant : 2024ULILN048
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 09/12/2024

Résumé en langue originale

Les textiles superhydrophobes sont conçus pour repousser l'eau, et peuvent apporter également une protection contre l'humidité, ou encore la poussière. Ils sont donc utilisés dans une multitude de domaines tels que l'habillement, le bâtiment ou encore la médecine. Cependant, les textiles superhydrophobes suscitent des préoccupations en raison de l'utilisation de composés perfluorés (PCFs) dans leur fabrication. En effet, les PCFs sont visés par plusieurs études, relatant leur toxicité pour l'écosystème. La réglementation européenne REACH, prévoit d'interdire leur utilisation dans les années à venir. L'objectif de cette thèse est donc de trouver une alternative aux composés perfluorés dans la fonctionnalisation de surfaces textiles superhydrophobes.Les deux facteurs permettant d'atteindre la superhydrophobie sont la rugosité ainsi que la chimie de la surface. Le modèle de Cassie-Baxter est le modèle qui permet de décrire l'hydrophobicité. Il a été démontré que le piégeage de l'air entre les rugosités évite la pénétration du liquide à travers la surface. La stratégie mise en place est la création de nanorugosités en surface du textile. Pour cela, l'objectif est de fixé des particules de silice, synthétisées via la méthode sol-gel de Stöber. Les particules ainsi formées sont de l'ordre de 800 nanomètres.La première partie des travaux repose sur la synthèse de ses particules de silice, tout en étudiant l'influence des différents paramètres sur la taille ainsi que le taux de groupement hydroxyles en surface des particules. Plus le taux est élevé, plus la surface est hydrophile. Un plan expérimental est alors mis en place pour déterminer l'influence de chacun des paramètres (de solution ou expérimentaux) sur la formation des particules.Elles sont ensuite appliquées à la surface des échantillons de coton par le biais d'une nouvelle méthode de fonctionnalisation. Une fois appliquées en surface, elles sont recouvertes d'une couche de silane C18. Cet ajout permet de créer une rugosité à double échelle.Le protocole est ensuite optimisé afin de réduire les quantités de réactifs utilisés ainsi que la durée totale de réaction. L'objectif est d'atteindre le niveau minimal de réactifs sans perdre le caractère superhydrophobe. La phase d'optimisation permet de réduire de plus de la moitié les masses introduites de la plupart des réactifs. Les échantillons ainsi obtenus présentent toujours des propriétés superhydrophobes (CA>140°). La durée de réaction est également réduite de 5h30 à 1h. Ce revêtement est également appliqué sur des supports textiles autres que le coton tel qu'un tissu viscose-aramide. Les échantillons ainsi traités présentent également des propriétés superhydrophobes.Finalement, les propriétés mécaniques et de résistances du revêtement sont étudiées. Les essais de traction montrent une légère rigidification des échantillons après traitement. Certaines formulations permettent d'obtenir des échantillons résistants à plusieurs cycles de lavage. Les échantillons traités sont également résistants à 1000 frottements. Le caractère hydrophobe est maintenu.Les travaux réalisés ont permis la mise au point et la formulation d'un revêtement superhydrophobe applicable sur support textile, sans utilisation de composés perfluorés.

Résumé traduit

Superhydrophobic textiles are designed to repel water, and can also provide protection against moisture and dust. They are therefore used in a wide range of fields, including clothing, construction and medicine. However, superhydrophobic textiles are causing concern because of the use of perfluorinated compounds (PCFs) in their manufacture. PCFs have been the subject of a number of studies showing their toxicity to ecosystems. The European REACH regulation plans to ban their use in the coming years. The aim of this thesis is therefore to find an alternative to perfluorinated compounds for the functionalisation of superhydrophobic textile surfaces.The two factors that enable superhydrophobicity to be achieved are roughness and surface chemistry. The Cassie-Baxter model is used to describe hydrophobicity. It has been shown that trapping air between the roughnesses prevents liquid penetration through the surface. The strategy implemented is to create nanorugosities on the surface of the textile. The aim is to attach silica particles, synthesised using Stöber's sol-gel method. The particles thus formed are of the order of 800 nanometres.The first part of the work is based on the synthesis of these silica particles, while studying the influence of the various parameters on the size as well as the level of hydroxyl groups on the surface of the particles. The higher the level, the more hydrophilic the surface. An experimental plan was then set up to determine the influence of each of the parameters (solution or experimental) on particle formation.The particles are then applied to the surface of the cotton samples using a new functionalization method. Once applied to the surface, they are covered with a layer of C18 silane. This addition creates a dual-scale roughness.The protocol is then optimised to reduce the quantities of reagents used and the total reaction time. The aim is to achieve the minimum level of reagents without losing the superhydrophobic character. The optimisation phase enabled the mass of most of the reagents introduced to be reduced by more than half. The resulting samples still have superhydrophobic properties (CA>140°). The reaction time is also reduced from 5.5 hours to 1 hour. This coating can also be applied to textile substrates other than cotton, such as a viscose-aramid fabric. Samples treated in this way also show superhydrophobic properties.Finally, the mechanical and strength properties of the coating were studied. Tensile tests showed a slight stiffening of the samples after treatment. Some formulations enable samples to withstand several washing cycles. Treated samples are also resistant to 1,000 frictions. The hydrophobic character is maintained.The work carried out has led to the development and formulation of a superhydrophobic coating that can be applied to textiles without the use of perfluorinated compounds.