Revêtements hydrophobes par des monocouches autoassemblées

Les monocouches auto-assemblées (SAM) sont composées de molécules qui se greffent spontanément sur les surfaces par adsorption et sont organisées en domaines ordonnés. Les principales caractéristiques des SAM sont :

• Un revêtement ultra-fin de moins de 10 nm.
• Les molécules qui la composent s'auto-arrangent à la surface avec une couverture de surface homogène et complète.
• La monocouche a une affinité pour la surface mais pas pour la monocouche elle-même : ainsi un empilement de couches n’est pas possible (pas de surépaisseur).
• La monocouche est liée de façon covalente à la surface offrant une forte résistance à l'abrasion et une stabilité chimique

Surfactis Technologies a développé une famille de molécules faisant l’objet de plusieurs demandes de brevet. Ces molécules se lient à la surface dans une organisation en monocouche auto-assemblée pour modifier les propriétés de la surface traitée.

Ces revêtements sont des revêtements hydrophobes et oléophobes d’épaisseur nanométrique. Les produits Surfactis Technologies sont adaptés à une large gamme de métaux, alliages, céramiques, verres et polymères. Ils sont invisibles et résistants à l'abrasion, aux produits chimiques, aux conditions de pH ou à l'abrasion physique.

Représentation schématique d'une molécule de monocouche auto-assemblée :

• (a) est une ancre qui se fixe à la surface.
• (b) est un espaceur
• (c) est un groupe chimique hydrophobe et oléophobe.

Ces revêtements hydrophobes et oléophobes réduisent considérablement les énergies de surface et la mouillabilité. Ils induisent des angles de contact très élevés avec différents liquides tels que les liquides polaires (eau, solvants organiques) ou les liquides apolaires comme les hydrocarbures ou les huiles.

Les énergies libres de surface représentent la capacité d'une surface à interagir avec son environnement. Les mesures d'angles de contact, effectuées avec au moins trois liquides différents et dont les caractéristiques physicochimiques sont bien connues, permettent de calculer cette énergie de surface.

Les angles de contact θ sont mesurés à partir d'une image latérale d'une gouttelette. L’angle de contact θ correspond à l’angle entre la surface traitée et la tangente à la gouttelette au point d’interface air-surface-gouttelette.

Pour une goutte d'eau, plus la valeur de θ est élevée, plus la surface est hydrophobe.

Revêtements superhydrophobes

Les surfaces superhydrophobes sont des surfaces extrêmement hydrophobes, c'est-à-dire extrêmement difficiles à mouiller. L’angle de contact d'une goutte d'eau sur un matériau superhydrophobe est supérieur à 150°. Une légère inclinaison – moins de 10° par rapport à l’horizontale –permet à la goutte de rouler et de se décrocher de la surface.

Les revêtements superhydrophobes rendent les surfaces non mouillables, faciles à nettoyer ou encore antigivre.

Les feuilles de lotus apportent une illustration de superhydrophobie naturelle bien connue. Les gouttelettes d’eau roulent sur leur surface pour s’autonettoyer et ainsi favoriser la photosynthèse. Une goutte qui touche ce genre de surfaces peut rebondir comme une balle élastique.

Ces surfaces sont obtenues en combinant des matériaux hydrophobes avec une rugosité de surface spécifique. Lorsque les deux conditions sont présentes, la surface est extrêmement difficile à mouiller.

Deux états différents de surfaces superhydrophobes sont modélisés :

État de Wenzel :

Une goutte déposée sur une surface superhydrophobe est soumise à des forces verticales (gravité et pression externe) qui l’empalent sur la texturation de surface. Dans ce cas, l'angle de contact est élevé, mais les forces d'adhérence augmentent considérablement. Les gouttelettes s'écoulent difficilement.

État de Cassie – Baxter (État de Fakir) :

Dans cet état, la texturation et l'effet hydrophobe sont suffisants pour que la goutte, soumise à une pression, ne s'accroche pas sur la rugosité. Dans cet état de fakir, la goutte de liquide est posée comme sur un coussin d'air et une inclinaison minimale de la surface déclenche le roulement de la goutte sur la surface. Cet état de Cassie Baxter favorise les propriétés antigivre, autonettoyante ou hydrofuge.