Applications des polymères fluorés

III.3.1 Généralités sur le PTFE et ses applications

Le PTFE a été découvert par Roy Plukett de DuPont en 1938. La découverte a été brevetée

par DuPont en 1941 et la marque Teflon© _{est enregistrée depuis 1944. Le produit est}

rapidement devenu un grand succès. Tout le monde connaît les casseroles et les poêles

antiadhésives recouvertes d’un traitement Teflon©_.

On peut présenter un nombre illimité d’applications du PTFE, nous nous contenterons d’en introduire quelques unes dans ce qui suit.

• Les propriétés isolantes et diélectriques du PTFE en font un excellent candidat comme isolant pour les câbles et connecteurs électriques ou électroniques (notamment aux fréquences radio élevées). Sa résistance thermique est un atout supplémentaire dans ce domaine. Il est également utilisé comme couche de

séparation entre différents circuits électroniques.190F

191

• _{Le taux de diffusion élevé de l’oxygène (≈ 3.2 10}-13 _s-1 _Pa-1_{) et l’inertie chimique}

vis à vis des solutions alcalines fortes font du PTFE un matériau idéal pour la

fabrication de piles à combustible.191F

192 _{Dans le même registre, le PTFE est un bon}

matériau pour produire des détecteurs d’oxygène ou d’eau oxygénée (H202) en

solution aqueuse.192F

193,

193F

194 _{On l’utilise également comme détecteur d’humidité.}

194F

195

• Certains polymères fluorés comme le PTFE sont utilisés dans des batteries au lithium comme matériau liant dans l’électrode positive (en carbone) pour

augmenter la capacité de la batterie à la première décharge.349H

39,

195F

196-

196F197F

198

• La possibilité de piéger indéfiniment des charges198F

199 _{dans le PTFE permet de}

réaliser des microphones électret.

• Les fluoropolymères, et le PTFE en particulier, conviennent très bien pour des applications médicales telles que les prothèses vasculaires, les conduits et les

récipients sanguins.199F

200,

200F

III.3.2 Intérêt du traitement de surface des polymères fluorés

Le traitement de surface des polymères fluorés rend possible leur collage à d’autres pièces en PTFE ou à d’autres matériaux, par exemple par une résine époxy.

La métallisation de surfaces réduites de PTFE par des métaux comme l’aluminium, le nickel, le cuivre et l’or, etc. donne un matériau qui possède une bonne résistance mécanique et chimique et présente un intérêt considérable dans l’industrie de la

microélectronique (réalisation de circuits).201F

202,

202F

203

Le carbone produit lors de la défluoration du PTFE par les traitements chimiques est un matériau intéressant en raison de sa stabilité, ses propriétés mécaniques et des possibilités de modification chimique qu’il offre. Ces propriétés en font un support pour la

chromatographie, notamment pour la séparation des hydrocarbures et des alcools.203F

204

Les polymères fluorés sont encore plus efficaces s’ils sont greffés par des polymères spécifiques. Par exemple, l’acide polyacrylique permet une immobilisation covalente avec

les enzymes, et offre une grande stabilité au cours du temps.204F

205,

205F

206

On reporte également la fabrication de nanotubes de carbone obtenus à partir du PTFE

modifié.206F

207

III.3.3 Microsystèmes III.3.3.1 Introduction

La miniaturisation de systèmes chimiques ou biologiques à l’échelle du micron est un des axes importants de la recherche actuelle. Outre le gain de place, la miniaturisation présente de nombreux intérêts : meilleur rendement, quantité de réactif réduite, meilleure séparation, possibilité de manipuler des objets uniques de tailles micrométriques comme des cellules, etc.

Nous présentons dans ce qui suit les différentes méthodes de micro-fabrication des polymères fluorés, et nous montrons les avantages que les matériaux fluorés peuvent apporter dans le domaine de la microfluidique et des microsystèmes.

III.3.3.2 Techniques de fabrication et applications

Malgré de nombreuses qualités, les matériaux fluorés ont jusqu’à présent été peu utilisés

pour la fabrication de systèmes fluidiques.207F

208,

350H

215-

351H352H

217 _{Les difficultés pour assembler ou}

graver de tels matériaux expliquent en partie ce manque d’intérêt.

Nous présentons dans ce qui suit les seules techniques, à notre connaissance, de microfabrication à partir de fluoropolymères :

• gravure optique par de la lumière synchrotron.208F

209,

209F

210 _{Celle-ci permet notamment de}

réaliser des gravures tridimensionnelles et fabriquer ainsi des pièces mécaniques hélicoïdales à l’aide d’un tour ;

• gravure par un faisceau d’ions de basse énergie à l’aide d’un masque210F

211 _{ou en}

combinaison avec de la lithographie optique ;211F

212

• gravure par des ions réactifs contrôlée magnétiquement ;212F

213

• forge à froid.213F

214

Ces techniques élaborées pour certaines dans l’idée de fabriquer des bioMEMS (biological Micro-Electro-Mechanical System) n’ont, à notre connaissance, jamais été utilisées pour la fabrication de systèmes microfluidiques.

On peut citer en revanche deux autres techniques qui ont permis l’élaboration de prototypes microfluidiques :

• E. Sahlin et coll214F

215 _{ont introduit une technique qui permet de réaliser des canaux}

cylindriques dans du FEP (copolymère de l’hexafluoropropylène et du tétrafluoroéthylène avec environ 15-20 % d’hexafluoropropylène). Pour cela, les auteurs utilisent une structure tubulaire constituée d’une couche extérieure de PTFE et d’une couche intérieure de FEP. Ils introduisent ensuite dans le tube un fil de tungstène qui résiste à la chaleur et chauffe l’ensemble. A une température supérieure à 350 °C, le PTFE rétrécit alors que le FEP fond. Le résultat est que le FEP remplit tout l’espace libre à l’intérieur du tube.

Cette technique a été utilisée pour fabriquer des cellules électrochimiques miniaturisées215F

216

et réaliser des électrophorèses capillaires.216F

217 _{Un dispositif microfluidique complet a été}

fabriqué, incluant un microréacteur couplé à une cellule électrochimique.353H

215

• J. P. Rolland et coll217F

218 _{ont récemment mis au point une technique de fabrication à}

partir d’un polymère fluoré liquide photoréticulable, le PFPE (photocurable perfluoropolyethers).

Cette méthode a permis la fabrication d’une microvanne à air comprimé au niveau d’un canal.