L’effet   du   traitement   par   plasma   atmosphérique   sur   les   propriétés   de   surface

5.2.3.1 L’influence du traitement sur l’énergie de la surface des hydrogels

Comme décrit dans la partie expérimentale, les essais de traitement plasma sous vide n’ont pas été efficaces, probablement du à la. Alors, le traitement par plasma d’air atmosphérique a été effectué. La variation d’angle de contact a été étudiée en fonction du

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temps de traitement (vitesse du passage de la torche à plasma) et la puissance de décharge (H – distance entre la torche et l’échantillon).

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 En e rg ie  d e  s u rf a ce  ( m J/ m 2 )

T emps  de  tra itement  (s )  H = 40mm

 H = 45mm  H = 50mm  H = 55mm

Figure 8. Les relations entre les paramètres plasma et l’énergie de surface des hydrogels alginate/polyacrylamide.

Comme il est montré sur la figure 8, l’énergie de surface augmente de façon quasi-linéaire avec le temps de traitement du à un effet d’hydrophilisation de la surface. Après les 3 premières secondes de traitement, l’énergie totale de surface augmente de 7,5% par rapport au témoin (de 47,7 mJ/m² à 51,3 mJ/m² pour H= 40mm) et jusqu'à 15% pour une durée de 24s. D’autre part, la distance entre la torche et l’échantillon a une faible influence sur l’énergie de surface (3% de différence entre H=40mm et H=55mm) dans le domaine étudié, l’efficacité du traitement est du même ordre de grandeur quelle que soit la distance. Quelque soit le paramétrage de la torche plasma, les valeurs de l’énergie de surface obtenues après les 24s du traitement (54 – 55 mJ/m²) correspondent à une surface très hydrophile et sont comparables avec celles de polymères répertoriés hydrophiles et d’usage courant dans le domaine des lentilles de contact (polyHEMA – 58,2 mJ/m² ; PVP – 63,4 mJ/m²) [8]. A titre d’exemple [24], une même augmentation de l’énergie totale (de 44,3 à 51,1 mJ/m2) est donnée pour le polyacrylamide traité par plasma d’azote pendant 20s.

Chapitre 5

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L’augmentation de l’énergie de surface est liée à la variation de la composante polaire de la surface. La figure suivante illustre ce propos avec l’influence du temps de traitement sur cette énergie polaire.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34  H = 40mm  H = 45mm  H = 50mm  H = 55mm ga m m a  P  ( m J/ m 2 )

T emps  de  tra itement  (s )

Figure 9. Les relations entre les paramètres plasma et la composante polaire de

l’énergie de la surface.

La polarité de surface augmente avec le temps de traitement, par contre, il semble n’y avoir aucune influence de la puissance de la décharge sur ce paramètre dans le domaine étudié. Sur la figure 9, il est noté que la surface témoin est polaire, qu’elle augmente d’un facteur deux dans trois premières secondes, et puis linéairement jusqu’à un facteur trois par rapport au témoin. Ce comportement peut être expliqué par le fait que le traitement par plasma d’air induit une fonctionnalisation de surface grâce au greffage de groupements polaires sur la surface. Tenant compte du fait que l'air se compose principalement de N2, O2, CO2, H2O, les groupements chimiques fixés sur la surface peuvent être des  amines, amides, nitriles, hydroxyles, carbonyles, carboxyles, etc. Tous ces groupes fonctionnels polaires permettent d’améliorer la mouillabilité et la bio-inertie des surfaces polymères [18], [19], [25], [26]. La surface d’un hydrogel IPN n’est pas chimiquement homogène car elle se compose de deux polymères de nature différente. L’influence du traitement dépend de la nature chimique du polymère traité aussi bien que des conditions plasma entrainant une

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modification différenciée du réseau polyacrylamide et d’alginate. Les unités d’alginate comportent des groupements hydroxyle et carboxyle d’énergie de liaison faible (314 et 377 kJ/mol respectivement [27]) en comparaison avec les liaisons entre les atomes de carbone (414 kJ/mol) des hétérocycles ou de la chaine aliphatique (en cas de polyacrylamide). Les polymères contenant des fonctionnalités d'oxygène généralement sont plus sensibles au plasma [28], engendrant des dégradations plus conséquentes [29]. Pour ces raisons, il est probable que la modification du réseau alginate soit plus importante. On peut conclure que le traitement par plasma d’air est une méthode efficace pour modifier l’énergie de surface des hydrogels à l’état sec résultant en la formation d’une surface de polarité élevée.

5.2.3.2 L’influence du traitement par plasma d’air sur les propriétés d’absorption d’eau des hydrogels

Le taux de gonflement dans l’eau est un paramètre primordial pour la gamme de propriétés requises des lentilles telles que la biocompatibilité, la perméabilité à l’oxygène etc. Nous avons étudié l’influence du traitement par plasma atmosphérique des hydrogels à base d’alginate/polyacrylamide sur l’adsorption d’eau pure. La cinétique de gonflement ainsi que le plateau de saturation ont été déterminés pour les hydrogels ayant l’énergie de surface et la polarité de surface les plus élevées, à savoir pour un temps de traitement de 24s (figure 6,7) et différentes hauteurs de torche.

Chapitre 5

Figure 10. La cinétique de gonflement des hydrogels traités par plasma d’air (temps de traitement – 24s).

Sur la figure 10, on peut voir que les échantillons traités sous forme de disques de diamètre 20mm et de hauteur 0.2mm gonflent de manière très importante dans les 200 premières secondes. Au-delà de cette durée, le taux de gonflement, exprimé comme la différence de pesées avant et après traitement rapportées à la masse initiale, demeure quasi- constant de l’ordre de 65% – 70%. Dans les 50 premières secondes, pour touts les gels traités, la vitesse de gonflement est d’un facteur 1,75 plus élevée que celle du témoin. Au-delà de cette durée, la différence se minimise jusqu'à une valeur constante d’EWC. L'affinité à l’eau élevée en présence de groupements polaires améliore la mouillabilité et facilite l’adsorption de l’eau sur la surface de gel conduisant à une cinétique de gonflement plus importante. Le même effet d’augmentation de la polarité conduisant au gonflement dans l’eau plus important peut être obtenu par le changement du ratio entre alginate et polyacrylamide (chapitre 3) dans la composition. Par contre, les groupements hydroxyle et carboxyle d’alginate participent à la gélation en présence des ions multivalents. Dans le cas des alginates fortement réticulés, les cations liés aux groupements OH et COOH minimisent leur capacité à lier des molécules

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d’eau. D’autre part, et comme pour l’énergie de surface, la cinétique de gonflement est peu influencée par la puissance de décharge dans les conditions étudiées.