CHAPITRE 6 – REVÊTEMENT C : NANOCOMPOSITE DE SILICONE ET DE
6.2. Élaboration de la couche d'apprêt
6.2.1. Détermination de l’épaisseur optimale de la couche d’apprêt
Pour cette détermination, le mélange de toluène, de silicone et de PMHS a été appliqué à l’aide d’une centrifugeuse, cette dernière présentant l’avantage de produire un film 6 fois plus mince qu’avec la pulvérisation. Un autre avantage est celui de faire évaporer plus rapidement le toluène faisant en sorte que la copolymérisation des mères de silicone et de PMHS est beaucoup plus rapide. Un intervalle de deux minutes a été alloué entre chaque projection. Le temps d’application des huit couches est de 16 minutes. Après l’application la couche d’apprêt est laissée sécher pendant 24 h à la température ambiante où la copolymérisation est terminée. On obtient alors un produit solide possédant une bonne rigidité et une bonne adhérence à l’aluminium.
Le premier paramètre qui a été déterminé lors de l'élaboration de la couche d’apprêt est la mouillabilité, cette dernière étant évaluée à partir des mesures de l'angle de contact. La Figure 67 montre l’augmentation observée dans les valeurs d’angle de contact mesurées en fonction du nombre de couches déposées à chaque projection centrifuge avec le mélange de la solution de départ T70 contenant en suspension 2%m de mères de silicone et 0.2 % mères de PMHS.
Figure 67 : Augmentation de l'angle de contact (CA) sur l'aluminium en fonction du nombre de projections par centrifugeuse de la solution mère T70
Le premier point d’environ 75 ± 5° de la courbe est la valeur attendue pour l’aluminium nettoyé. Après la première projection, l’angle de contact de la couche augmente à 104 ± 4°. L’ajout consécutif de six nouvelles projections fait grimper l’angle de contact à une valeur maximale de 144 ± 3 °. Passé ce maximum l’angle de contact reste stable à 144 ° avec sept projections pour se stabiliser vers 140° avec huit autres. L’épaisseur de la couche mesurée par ultrasons est de 4600 nm. On peut donc conclure que la couche d’apprêt est hydrophobe, mais pas superhydrophobe.
Afin d'observer comment l’augmentation de l’angle de contact se traduit dans la microstructure, on a procédé à l'examen microscopique de la sous-couche formée par la projection successive d’une, trois et six couches de la solution mère de la microstructure d'aluminium. Les microphotographies SEM sont présentées à la Figure 68
Figure 68 : Microphotographie SEM à un grossissement de 1000X de la sous-couche polymérisée après la projection de (a) 1 couche, (b) 3 couches et (c) 6 couches de la solution mère T70. (d) Spectres EDX des substrats enduits de 1, 3 et 6 couches.
Après la première projection de la solution mère, on constate que le film est transparent. On y distingue les mêmes stries de laminage que sur l’aluminium seulement nettoyé, restant apparentes même après six projections. On y voit des microparticules de silicone polymérisé de l’ordre de 2 à 5 µm. Le nombre de particules augmente avec le nombre de projections, le film devenant alors de plus en plus opaque. Après six projections l’épaisseur de la couche d’apprêt obtenue après six projections est de 4600 nm tel que mesuré à l’aide à l’appareil ultrasonique, ce qui correspond à environ 750 nm par projection. Le graphique en bas à droite présenté à la Figure 68 (d) correspond aux spectres EDX obtenus avec les trois mêmes échantillons. Ces derniers permettent d'identifier trois éléments : l’aluminium à 1.5 keV, et les deux éléments entrant dans la composition de la couche d’apprêt : le silicium à 1.75 keV et finalement l’oxygène à 0.5 keV. Avec l’augmentation de l’épaisseur de la couche d’apprêt l’intensité du pic silicium, élément présent dans le silicone et dans le silane, augmente. Enfin la disparition du pic de l’aluminium avec le nombre croissant de projections, indique qu’il est parfaitement recouvert.
L’augmentation de l’angle de contact peut s’expliquer à partir des états de surfaces observées sur les images SEM. Ces dernières semblent montrer que les nanorugosités augmentent à mesure que le nombre de projections augmente. Toutefois, le meilleur moyen de confirmer l’ordre de grandeur des rugosités reste la mesure des Rrms. La Figure 69 montre
une augmentation des Rrms en fonction de l’épaisseur de la couche d’apprêt du mélange T70.
Figure 69 : Augmentation des Rrms en fonction de l’épaisseur de la couche d’apprêt
obtenu à partir du mélange T70.
La valeur initiale de Rrms d’environ 0.46 µm mesurée est celle de l’aluminium
seulement nettoyé. Avec l’ajout d’une couche d’apprêt obtenue après une projection, elle augmente à 0.49 µm. Après l’ajout successif de six projections les Rrms augmentent pour
atteindre un maximum de 0.600 µm. Passé ce maximum les valeurs de Rrms se stabilisent un
peu en bas de 0.6 µm. La courbe des Rrms de la Figure 69 présente exactement la même
allure que la courbe des CA à la Figure 67. Ceci corrobore que l’angle de contact augmente avec l’augmentation de la rugosité. Les valeurs maximales de CA et de Rrms étant observée
pour le même nombre de six projections.
En complément de l'analyse effectuée par spectroscopie X, on a procédé à l'analyse chimique des couches d’apprêt par absorption IR. La Figure 70 montre les spectres en absorption IR des couches polymérisées au terme de la d’une, trois et six projections de la
solution mère T70 considérant que l’épaisseur du film varie de 750 nm pour 1 projection, 2300 nm pour trois projections et 4600 nm pour six projections.
Figure 70 : Analyse chimique par absorption IR de la couche d’apprêt formée sur l’aluminium en fonction du nombre de projections.
Le silicone utilisé est identique à celui des deux revêtements décrits précédemment, sa composition chimique restant alors la même, avec majoritairement trois monomères : le trimethoxymethylsilane, le hexamethyldisilazane et l'octamethylcyclotetrasiloxane, les liaisons étant celles déjà identifiées dans les films de silicones développées aux Chapitres 4 et 5. On ne peut toutefois différencier les liaisons qui se retrouvent à la fois dans le silicone et le PMHS. L’analyse de ces spectres montre que l’intensité des pics est proportionnelle à la quantité de silicone.
Suite à cette optimisation, l’épaisseur de 4600 nm est retenue et est celle obtenue après six projections de la solution mère. Pour les prochains revêtements, la couche d’apprêt ne sera pas appliquée par enduction centrifuge, restreignant la superficie couverte de l’échantillon. Elle sera appliquée par une seule pulvérisation de la même solution mère T70. Cette présente les mêmes caractéristiques d’angle de contact et de Rrms.