É LABORATION DES MATERIAUX

Nomenclature des matériaux développés

Dans la suite du manuscrit, la nomenclature adoptée pour définir les différents matériaux sera la suivante :

- Pour distinguer les deux types de matrice polyuréthane-acrylate utilisés, le sigle PUA sera suivi de leur température de transition vitreuse en indice : PUA10 pour le Desmolux U500 et PUA75 pour le Desmolux U680H.

- Pour indiquer l’addition de POSS dans la matrice PUA, la lettre P sera employée avec en indice la concentration massique

- Pour indiquer l’addition de silice colloïdale dans la matrice PUA, les lettres C pour le Nanocryl C140 et C’ pour le Nanocryl C145 seront utilisées avec en indice leur concentration massique - Pour indiquer l’addition de silice HDK H18 dans la matrice PUA, la lettre H sera utilisée avec en

indice la concentration massique

- Pour indiquer le procédé d’élaboration employé, la lettre E pour enduction ou P pour pulvérisation sera indiquée à la fin de la nomenclature séparée par un tiret

Un exemple de nomenclature d’un revêtement est donné ci-après : PUA10H10P0,5-E. Cela signifie que : - le PUA utilisé présente une transition vitreuse à 10°C après réticulation (Desmolux U500) - Le revêtement final présente une concentration de 10% en masse de silice HDK H18 - Le revêtement final présente également une concentration de 0,5% en masse de POSS - Le procédé utilisé est l’enduction

Pour obtenir les différentes concentrations de silice et/ou de POSS, chaque formulation a été préparée individuellement, sans passer par l’intermédiaire d’une solution-mère. De plus, la concentration de photoamorceur n’apparaît pas dans la nomenclature du matériau car une concentration de 2% en masse par rapport au PUA a été employée pour l’ensemble des systèmes développés.

Dispersion des additifs

La dispersion des additifs dans les précurseurs uréthane-acrylate a été réalisée pour la majorité des formulations par agitation magnétique. Cependant, deux autres techniques ont été employées pour la dispersion de la silice pyrogénée.

- Un disperseur mécanique Rayneri Turbotest équipé d’une turbine à flux radial « défloculeuse » (permettant de casser les agglomérats de charges inorganiques) a été utilisé. Cet équipement, spécifiquement destiné à la dispersion de charges inorganiques dans les polymères, développe un couple de 90 N.cm et permet une plage de vitesse de rotation de 50 à 3300 tours/min. Le protocole de dispersion a été le suivant : pendant l’introduction de la silice dans le prépolymère, une vitesse de 1000 tr/min a été utilisée; ensuite différentes séquences ont été appliquées à la formulation, une vitesse de 2500 tr/min pendant 5 minutes suivie d’une vitesse de 2000 tr/min pendant 30 min et enfin une vitesse de 2500 tr/min pendant 5 min.

- Un mélangeur planétaire (mouvement de rotation et de révolution) Speedmixer DAC 400.1 FVZ a été également utilisé. Ce type de mélangeur permet entre autre de disperser des charges inorganiques dans des polymères même si la viscosité du système est très élevée. Le protocole de dispersion a été le suivant : le prépolymère a été introduit en premier dans les récipients, suivi de la totalité de la silice pyrogénée; ensuite deux vitesses de rotation ont été employées : une pré-étape de mélange à 800 tr/min pendant 1 min (permettant d’enrober les charges de polymère) suivie d’une étape de 5 min à 2750 tours/min.

Enduction

Préalablement à l’enduction, des cales de ruban adhésif de 50 µm d’épaisseur ont été apposées sur les côtés du substrat afin d’assurer une épaisseur constante de la formulation déposée. Une représentation d’un substrat type est donnée Figure II-7.

Figure II-7: Schématisation d’un substrat dédié à l’enduction

Pour réaliser le dépôt, un applicateur de film motorisé de type Elcometer 4340 équipé d’une tige en verre lisse a été utilisé à une vitesse d’application constante de 5 mm/s.

Pulvérisation

Un pistolet à peinture LG 60 commercialisé par LG Lyon a été utilisé pour réaliser le dépôt des formulations. Ce pistolet, équipé d’une buse de 1 mm, a été relié à une source d’air comprimé délivrant une pression de 2,2 bars (pression de service indiquée par le constructeur). Un filtre disposé en amont du pistolet a permis d’éliminer les traces éventuelles d’impuretés dans l’air (humidité, huile,…). Les formulations ont été pulvérisées sous la forme d’un jet plat à une distance de travail de 15 cm en un seul passage sur des substrats en verre. Le débit produit, réglable, a été ajusté pour obtenir une pulvérisation optimale.

Polymérisation UV

Pour réticuler les matrices PUA, un banc d’essai UV F300S, fourni par Fusion System, équipé d’un bulbe H a été utilisé. Le Bulbe H est une lampe à vapeur de mercure sans électrode fournissant une puissance maximale de 1800 W. L’émission des UV se fait par excitation du gaz contenu dans l’ampoule par des micro-ondes. De plus, le spectre d’émission du bulbe H (Figure II-8) est en adéquation avec le spectre d’absorption du photoamorceur Irgacure I184.

Figure II-8: Spectre d’émission du bulbe H (Fusion systems)

Le rayonnement UV étant focalisé sur une ligne, un système de convoyage fonctionnant à une vitesse variable est intégré à la lampe UV pour une réticulation homogène du matériau. Dans le cadre de notre étude, l’ensemble des matériaux a subi deux passages sous la lampe UV à une vitesse de 25 mm.s-1. Ces conditions ont permis la conversion quasi-totale des fonctions acrylate des matrices PUA (95%) et des passages supplémentaires sous le banc UV n’ont apporté aucune évolution de celle-ci. Il faut également noter que cette lampe provoque un échauffement important des matériaux (absence de filtre infrarouge). La température des échantillons peut atteindre 80°C à l’issue des 2 passages sous le banc UV.

Le contrôle des conditions de photopolymérisation a été réalisé par un radiomètre UV Power Puck II commercialisé par EIT. Cet appareil mesure l’énergie du rayonnement UV (dose UV) ainsi que le pic d’irradiance (puissance maximale) sur des plages de longueurs d’onde définies.

Les caractéristiques moyennes de l’irradiation UV subie par les matériaux sont données dans le Tableau II-5.

Dose UV (mJ/cm²) Pic d’irradiance (mW/cm²)

UVA UVB UVC UVV UVA UVB UVC UVV

3465 2730 565 4570 2500 2040 425 3110

Tableau II-5: Caractéristiques moyennes de l’irradiation UV pour 2 passages sous le bulbe H à une vitesse de 25 mm.s-1.