A new photo-induced approach to metal@polymer nanohybrid materials : from design to characterization and implementation of a multi-property coating on textile materials

Ce travail de thèse a pour objectif principal le développement d’une stratégie innovante de synthèse de revêtements nanohybrides métal@polymère applicable à la métallisation de substrats rigides et flexibles, et notamment les textiles. Pour cela la voie photo-induite a été employée afin d’induire simultanément la polymérisation d’une matrice et la synthèse in situ de nanoparticules métalliques, ce qui représente une alternative à la chimie thermique traditionnellement utilisée. Le contrôle des paramètres photoniques et chimiques permet d’agir sur le couplage des cinétiques de ces réactions et par là, d’induire une structuration particulière du revêtement métallique généré photo-chimiquement. Le matériau ainsi obtenu présente une architecture modulable qui conditionne ses propriétés spécifiques d’usage : optiques, plasmoniques, électriques, acoustiques, antimicrobiennes, mouillage... Ces propriétés ont été évaluées pour un revêtement nanoparticules d’argent@polymère sur support modèle en verre puis sur textile. Le contrôle de la morphologie des nanoparticules et de leur organisation conduit à des aspects brillant ou mat mais également argenté,doré ou cuivré. Des surfaces flexibles hautement réfléchissantes (réflectance supérieure à 90 %) et présentant un caractère antimicrobien ont ainsi été obtenues. L’application d’un post-traitement thermique au revêtement photo-induit sur verre entraîne une diminution des forces stabilisatrices de Van der Waals ce qui favorise une évolution de la morphologie et l’organisation des nanoparticules via des phénomènes de migration et coalescence. Cela entraîne une évolution des propriétés qui en découlent avec, en particulier, une amélioration spectaculaire de la conductivité électrique des revêtements (8 ordres de grandeur). Pour mieux appréhender la durabilité de ce revêtement, une étude de vieillissement a également été conduite. Dans la perspective d’une future industrialisation de ce procédé, techniquement et économiquement viable, la question de l’ignifugation du revêtement ainsi que les points associés au changement d’échelle ont été abordés. L’écoconception,le caractère « safe by design » et la mise en œuvre de procédés facilement transposables à l’échelle industrielle pour générer des surfaces flexibles et multipropriétés constituent des innovations majeures de ce travail.This PhD work aimed at developing a new approach for the synthesis of nanohybrid metal@polymer coatings to metallizing both rigid and flexible substrates, and in particular textile materials. To this end, an innovative process in which the photo-polymerization of a resin and the in situ synthesis of metal nanoparticles are simultaneously induced through photonic activation was proposed as an effective alternative to traditional thermal chemistry. Thus, the precise tuning of the photonic and chemical parameters has a direct influence on the kinetic coupling between photopolymerization and photo-reduction processes that control the intimate structure of the coating. The materials thus obtained have an adjustable architecture which governs its specific characteristics such as reflectivity, plasmonic, electrical conductivity, acoustic, antimicrobial properties, wettability, etc. All of them have been characterized in the case of a silver@polymer nanohybrid coating, first, on a model substrate (glass slides) and then, on a selection of textile materials. By controlling the morphology of silver nanoparticles and their spatial organization, it was possible to obtain matt or glossy aspects, as well as silver, gold or copper effects. The surfaces thus obtained are flexible, highly reflective (reflectivity exceeding 90%) and have antibacterial activity. Annealing the photo-generated coatings induces beneficial effects on the morphology and the organization of metal nanoparticles, due to the reduction of stabilizing Vander Waals forces that induce migration and coalescence phenomena. The resulting properties evolved, for example, due to percolation, electrical conductivity is improved by 7 to 8 orders of magnitude. Finally, to gain a better understanding of the durability of this coating, an ageing study was also carried out. In view of a future industrialization of this process, which is technically and economically viable, the fireproofing of the coating and the issues related to scaling up where addressed. Eco-design, safe by design aspect and the development of a process that can be easily transposed to industry to generate flexible and multi-properties surfaces are the moststricking innovations of this work