Superhydrophobic thermoplastics obtained by simple texturing processes - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique
Thèse Année : 2021

Superhydrophobic thermoplastics obtained by simple texturing processes

Thermoplastiques superhydrophobes obtenus par des procédés de texturation simples

Guillaume Espy
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1419094
  • IdRef : 258161868

Résumé

Plastics are nowadays mainly produced for the packaging industry, with a very limited lifetime of less than a year. The mass production of such objects generates an important volume of waste, which need to be recycled at the maximum in order to reduce both the volume of final wastes and the need of fossil-based resources needed for their production. By integrating to plastic packaging superhydrophobic materials, mimicking the “lotus effect”, their soiling by the content they protect might be avoided, favorizing their recycling while offering to the consumer the full amount of the product he bought. To reach such properties on materials with a low added-value, simple texturing ways of hydrophobic thermoplastics such as high density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) had been studied. After a review of the ways presented in the scientific literature to reach superhydrophobicity, an understanding of the wetting mechanism has been conducted, thanks to a modeling of a Cassie-Baxter’s interface. Using guidelines established thanks to this model, simple texturing ways have been studied: texturing using fillers, from immiscible polymer blends, foaming using supercritical CO2, or foaming in extrusion. Despite generating rough surfaces, none of these approaches led to superhydrophobicity. However, exposing thermoplastics to solvent at a high temperature permitted to generate rough superhydrophobic surfaces. This process has been developed and its mechanisms studied in order to have at the end an in-line polyolefin film texturing process by an exposition to low-toxicity and low-volatility solvents.
Les matières plastiques sont aujourd’hui majoritairement produites pour l’industrie de l’emballage, avec un temps de vie très court, inférieur à une année. La production de masse de tels objets génère de nombreux déchets, qui se doivent d’être recyclés au maximum pour réduire à la fois le volume de déchets finaux et la quantité de ressources fossiles nécessaire à leur production. En intégrant aux emballages plastiques des matériaux aux propriétés superhydrophobes, mimant « l’effet lotus », leur souillage par le contenu qu’ils protègent pourrait être évité, favorisant leur recyclage et offrant au consommateur l’accès à l’intégralité du produit qu’il a acheté. Pour arriver à de telles propriétés sur des matériaux à faible valeur ajoutée, des voies de texturation simples de thermoplastiques hydrophobes comme le polyéthylène haute densité (HDPE) ou le polypropylène (PP) ont été étudiées. Après une étude des moyens présentés dans la littérature scientifique permettant d’accéder à la superhydrophobie, une compréhension des mécanismes de mouillage a été réalisée, grâce à une modélisation de la stabilité d’une interface de type Cassie-Baxter. Grâce aux lignes-guide établies à l’aide de ce modèle, des voies simples de texturation ont été étudiées : texturation par ajout de charge, par réalisation de mélanges de polymères immiscibles, par moussage par voie CO2 supercritique, ou par moussage en extrusion. Malgré la génération de surfaces rugueuses, aucune de ces approches n’a permis d’atteindre la superhydrophobie. En revanche, l’exposition de thermoplastiques à des solvants à haute température a permis de générer des surfaces rugueuses superhydrophobes. Ce procédé a été développé et ses mécanismes étudiés afin de fournir in fine un procédé de texturation en ligne de films de polyoléfines par exposition à des solvants peu toxiques et peu volatils.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-04709906 , version 1

Citer

Guillaume Espy. Superhydrophobic thermoplastics obtained by simple texturing processes. Materials. Université de Lyon, 2021. English. ⟨NNT : 2021LYSEI027⟩. ⟨tel-04709906⟩
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