Poncin-Epaillard, Fabienne
Poncin-Epaillard, Fabienne
En complémentarité aux études menées sur la (co)polymérisation plasma, nous développons certains aspects de la modification plasma des polymères en alliant dans certains cas une chimie plus conventionnelle dans trois directions: la texturation de surface, les phénomènes de bioadhésion ou de non adhésion pour des applications diverses (métallisation de polymères projet Complima, de démoulabilité et anti-adhésion projet IRT, d’anti-biocontamination, projets Neuroscreen, Sanbact).
La texturation de surfaces polymères
Dans le cadre du projet européen « Neuroscreeen » centré sur le diagnostique des maladies telles que Alzheimer, Parkinson et Creutzfeldt-Jakob, nous avons mis en place une stratégie de modification de supports (éprouvettes de stockage, puits de dosage ou tubes eppendorf) consistant en une activation plasma suivie de l’enduction par diverses molécules tensioactives, donnant à la surface un caractère hydrophile voire ionique avec une large gamme de valeurs et donc d’interactions avec les neuroprotéines. Nous avons aussi mis en évidence l’apparition de nanostructures, dont la taille et la distribution sont dépendantes des concentrations respectives des composés mais aussi des paramètres plasma.
Dans le cadre de l’ANR « Sanbact », nous nous focalisons sur la texturation de surface PET par voie plasma. Parmi les différentes stratégies retenues, celle consistant au traitement préliminaire par plasma O2, permet de créer un véritable tapis brosse dont la densité et l’espacement des nanofibres dépendent du paramétrage plasma. L’origine de cette texturation est associée à des processus de fusion et recristallisation à la surface.
Nous étudions aussi d’autres voies de texturation. Ainsi, le PTFE ayant subi différents cycles de fusion et recristallisation contrôlées présente des excroissances sphériques (perles) et/ou des spaghettis recouvrant complètement la surface (dendrites). La formation des perles est liée au procédé d’élaboration du PTFE plutôt qu’à sa nature chimique. Si les perles augmentent le caractère hydrophobe de la surface du PTFE, les dendrites ne participent pas à cette accentuation des propriétés de surface du matériau et donc au démouillage
La technique de breath figure appliquée au PLLA permet d’obtenir une texturation en nid d’abeilles d’une porosité de l’ordre de 4-7 µm. A l’issue de différents traitements plasma, ce motif est préservé grâce à un dépôt d’énergie faible mais aussi à l’établissement d’interactions fortes (hydrophobes) entre les groupes chimiques introduits par le plasma.
L’adhésion des surfaces polymères traitées plasma et / ou texturées
Les phénomènes adhésifs étudiés pour deux applications distinctes mettent en exergue l’importance relative de la chimie de surface ou de la texturation de surface. La première application est centrée sur l’élaboration de biosurfaces anti - adhésives alors que la seconde porte sur le démoulage de pièces composites d’un moule composite.
Pour la bio-adhésion (ANR Sanbact), nous élaborons par voie plasma des surfaces PET d’hydrophobes à superhydrophobes ou d’hydrophiles à superhydrophiles (en jouant sur la chimie et la charge de surface). La nanotexturation permet d’obtenir des surfaces 
superhydrophobes autonettoyantes glissantes ou collantes. La propriété d’anti-adhésion bactérienne est observée pour les surfaces glissantes si et seulement si, les caractéristiques physiologiques de la bactérie sont adaptées à la surface (dimensions et pili). Les surfaces hydrophiles à superhydrophiles sont quant elles pro-adhésives.
Une autre application biologique a été aussi développée autour des capacités d’extraction de membranes fibreuses de PP rendues plus hydrophiles grâce au plasma. L’incorporation d’amines plus que celle de groupes carboxyliques favorise l’adsorption d’ammonium quaternaires (dérivés de l’Aliquat 336) usitées pour l’extraction de la pénicilline. Une organisation tête-queue-queue-tête semble la plus probable pour les multicouches obtenues.
L’autohésion d’une résine époxy est diminuée en incorporant une fraction de cette même résine modifiée par des acides carboxyliques fluorés donnant lieu à un enrichissement en fluor de la surface. La résine a alors une énergie de surface faible voire inférieure à celle du PTFE. Nous avons émis l’hypothèse d’une migration par diffusion plutôt qu’une simple séparation de phase en cours de réticulation. L’additif perfluoré se comporte alors comme un tensio-actif, ce qui se traduit par des forces d’adhérence très faibles qui sont exclusivement adhésives et équivalentes à celle en présence d’un agent de démoulage.
L’adhésion d’un métal sur des surfaces polymères traitées plasma
Dans le cadre d’un projet régional, COMPLIMA (Matériaux Avancés Pour la COMpétitivité des entreprises Ligériennes), nous étudions les potentialités plasma pour la suppression du CrVI dans les opérations de métallisation des surfaces polymères. 
Le dépôt de la couche métallique conductrice (couche mince comme primaire d’adhérence) est réalisé avec succès par activation plasma suivie d’un dépôt métallique par pulvérisation cathodique magnétron sur des matériaux polymères industriels (ABS, ABS-PC et PEEK).
Activité
Grâce à la plateforme plasma, nous disposons d’un ensemble de bâtis nous permettant d’élaborer des matériaux innovants à deux ou trois dimensions. A partir d’un polymère existant sous forme de film, de fibres, de tissus, poudres….., nous développons une compétence sur l’ajustement ou l’apport de propriétés de surface : (super)hydrophilie, (super)hydrophobie, charge de surface ; sur le dépôt de couches barrière, sur la texturation morphologique pour des problématiques d’adhésion/non-adhésion, de perméabilité sélective appliquées dans des secteurs d’activités variés (agro-alimentaire, biomédical, transport …..) en lien étroit avec des CRT (CTTM), IRT (Jules Verne), des grands groupes industriels ou des PME. Nous collaborons aussi étroitement avec des laboratoires académiques français ou internationaux, en amont de notre activité sur la physique des plasmas (Universités Grenoble-Alpes, d’Orléans…) ou en aval sur la fonction du matériau (Université de Rouen, ECAM de Rennes…). Notre spécificité repose sur nos compétences à la fois dans le domaine des matériaux polymères mais aussi sur la compréhension des mécanismes à l’interface plasma-polymère. Nos bâtis sont soit dédiés à l’étude de la polymérisation plasma, soit à la modification plasma de polymères sous leurs différentes formes. Enfin, nous étudions le traitement (fonctionnalisation ou dépôt) de nano, microparticules ou de charges afin, par exemple, de réaliser des nanocomposites innovants. Après l’étape de traitement plasma, nous caractérisons la propriété apportée par la chimie du plasma grâce aux dispositifs d’analyse de l’IMMM spécifiques d’une surface ou d’un traitement plasma.
Publications
- Texturation and Superhydrophobicity of Polyethylene Terephtalate thanks to plasma technology (Fabienne Poncin-Epaillard - J. Tarrade - Th. Darmanin - E. Taffin de Givenchy - F. Guittard - D. Debarnot - F. Poncin-Epaillard, 2014)
Anti-bioadhesive surfaces were designed from polyethylene terephthalate (PET) by three steps plasma-treatment. First, the nano-pattern is created by oxygen plasma-treatment with controlled dimensions.Then, the plasma-treated polymeric surface was hydrophobized with a tetrafluorocarbon plasma, allow-ing to obtain a water contact angle of 145 ± 4◦. However, the SEM pictures give evidence to show thedegradation of the structuration caused by the CF4-plasma and consequently, the superhydrophobic-ity was not reached. Thus, a plasma-polypyrrole layer was deposited before the plasma-fluorination,which has a protective role against the degradation generated by fluorinated species, preserving thestructuration and improving the fluorination rate. Therefore, the obtained surfaces are superhydropho-bic with water contact angle of 157 ± 2◦and a hysteresis of 65 ± 3◦. The ability of these surfaces to reducebioadhesion will be performed in further work.
- Surface migration of fluorinated additive during the curing of epoxy resin (Fabienne Poncin-Epaillard - P. Glaris - JF. Coulon - M. Dorget - F. Poncin-Epaillard, 2015)
Driving forces, responsible for the migration of a fluorinated additive added to a thermoset resin, toward the air/solid interface, were investigated. On this subject, the surface chemistry as characterized by XPS analyses was compared to theoretical models based on the rheological properties of the blend. It appears
that the migration of the fluorinated molecules toward the surface cannot be described by a conventional diffusion model. A second model derived from the latter suits better to the experimental data and should be presented as another proof that additional motion forces drive the fluorine molecules migration in
curing epoxy resin. - Plasma functionalization and etching for enhancing metal adhesion onto polymeric substrates (Fabienne Poncin-Epaillard - C. Lambaré - P-Y. Tessier - F. Poncin-Epaillard - D. Debarnot, 2015)
The metallization of plastics materials, dealing with a lot of industrial applications in the field of automotive, electronic, etc.., is generally performed by a chemical and/or electrochemical process not so ecofriendly. Therefore, this paper aims at studying an innovative two-step process for such metal coating onto ABS, ABS/PC and PEEK polymers. The first step corresponds to the plasma treatment improving the surface wettability and surface roughness. The second step is associated with the deposition of the copper metallic film by cathodic magnetron sputtering. Metallic adhesion is discussed in function of these two
plasma-effects but also in function of the bias voltage or temperature substrate-holder during the film deposition. Moreover, the use of a titanium thin film as a primary layer, before copper deposition, has led to an increase of the metal/polymer adhesion.
