PHOTOPOLYMERISATION : PRINCIPES & APPLICATIONS Laurence LECAMP Maître de conférences à lIUFM de...

PHOTOPOLYMERISATIOPHOTOPOLYMERISATION :N :

PRINCIPES & PRINCIPES & APPLICATIONSAPPLICATIONS

Laurence LECAMPLaurence LECAMPMaître de conférences à l’IUFM de Haute-Maître de conférences à l’IUFM de Haute-

NormandieNormandie

Laboratoire de Matériaux MacromoléculairesLaboratoire de Matériaux MacromoléculairesINSA de Rouen – CNRS FRE 3101 PBSINSA de Rouen – CNRS FRE 3101 PBS76131 MONT SAINT AIGNAN CEDEX76131 MONT SAINT AIGNAN CEDEXCongrès national des Professeurs de Physique et de Chimie - 27 au 30 Octobre 2008 - Rouen

IntroductionIntroduction

3

I – Rappels sur la polymérisationI – Rappels sur la polymérisation

II – Généralités sur la II – Généralités sur la photopolymérisationphotopolymérisation

III – Avantages et applications du III – Avantages et applications du procédé de photopolymérisationprocédé de photopolymérisation

IV – Quelques problématiques liées au IV – Quelques problématiques liées au procédé de photopolymérisationprocédé de photopolymérisation

Plan de l’exposéPlan de l’exposé

I – Rappels sur la I – Rappels sur la polymérisationpolymérisation

5

PolymèrePolymère : substance constituée de : substance constituée de macromoléculesmacromolécules

MacromoléculeMacromolécule : molécule de masse molaire : molécule de masse molaire élevée dont la structure résulte essentiellement de élevée dont la structure résulte essentiellement de la répétition d’unités dérivées, de fait ou la répétition d’unités dérivées, de fait ou conceptuellement, de molécules de faible masse conceptuellement, de molécules de faible masse molaire (IUPAC)molaire (IUPAC)

MonomèreMonomère : molécule pouvant être polymérisée : molécule pouvant être polymérisée et contribuant à la formation d’unités constitutives et contribuant à la formation d’unités constitutives et à la structure principale de la macromoléculeet à la structure principale de la macromolécule

I.1. DéfinitionsI.1. Définitions

6

Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl

Polychlorure de vinyle (PVC):Polychlorure de vinyle (PVC):

monomèremonomère polymère polymère

H2C CH

Cl

n CH2 CH

Cln

I.1. DéfinitionsI.1. Définitions

7

Polycondensation-polyaddition :Polycondensation-polyaddition :

Polymérisation en chaîne :Polymérisation en chaîne :

I.2. Modes de polymérisationI.2. Modes de polymérisation

8

NaissanceNaissance VieVie MortMort

R* RM* PRM *RM *iM M

M

i+1

AmorçageAmorçage Propagation Propagation Terminaison /Terminaison /

TransfertTransfert

R* cation

anion

radical

EnergieAmorceur

PhotonsPhotons(UV-Visible)(UV-Visible)

PhotoPhoto

I.3. Polymérisation en chaîneI.3. Polymérisation en chaîne

9

Transformation d’une résine liquide Transformation d’une résine liquide en un matériau solideen un matériau solide

Température de transition vitreuse Température de transition vitreuse (T(Tvv ou T ou Tgg) :) :

I.4. Propriétés physico-chimiquesI.4. Propriétés physico-chimiques

Tg

état vitreux état caoutchoutiqueT

matériau cassant, dur,matériau cassant, dur,peu résistant aux chocspeu résistant aux chocs

matériau souple, élastique,matériau souple, élastique,résistant aux chocsrésistant aux chocs

II – Généralités sur la II – Généralités sur la photopolymérisationphotopolymérisation

11

Réaction rapideRéaction rapide (excellente absorption et (excellente absorption et très grande réactivité du système très grande réactivité du système photosensible)photosensible)

Facilité de mise en œuvreFacilité de mise en œuvre (solubilité / (solubilité / compatibilité des différents constituants, compatibilité des différents constituants, viscosité de la formulation …)viscosité de la formulation …)

Sécurité des produits employésSécurité des produits employés (pas (pas d’odeur, pas de toxicité …)d’odeur, pas de toxicité …)

Propriétés finalesPropriétés finales correspondant à celles correspondant à celles recherchées (pas de jaunissement, pas de recherchées (pas de jaunissement, pas de composés extractibles, bonne stabilité dans composés extractibles, bonne stabilité dans le temps, propriétés diverses et variées en le temps, propriétés diverses et variées en fonction de la nature des applications …)fonction de la nature des applications …)

Meilleur prix de revientMeilleur prix de revient possible possible

II.1. Formulation II.1. Formulation photopolymérisablephotopolymérisable

12

Oligomère (résine)Oligomère (résine) : courte chaîne : courte chaîne polymère terminée, à chaque extrémité, par polymère terminée, à chaque extrémité, par une fonction réactive polymérisableune fonction réactive polymérisable réseau polymère tridimensionnelréseau polymère tridimensionnel propriétés caractéristiquespropriétés caractéristiques

Système photosensibleSystème photosensible libération libération d’espèces réactives envers le groupement d’espèces réactives envers le groupement fonctionnel de l’oligomèrefonctionnel de l’oligomère

MonomèreMonomère ajustement de la viscosité ajustement de la viscosité

Additifs de formulationAdditifs de formulation : stabilisants, : stabilisants, agents mouillants, charges, pigments …agents mouillants, charges, pigments …

II.1. Formulation II.1. Formulation photopolymérisablephotopolymérisable

13

II.2. Système photosensibleII.2. Système photosensible

Fonctionnement d’un photoamorceur :Fonctionnement d’un photoamorceur :

Energie

Photoamorceur – Etat fondamental

AbsorptionAbsorptionde la lumièrede la lumière

Singulet*

Triplet*Radicauxou ions

Monomère

Polymère

PiégeagePiégeage(O(O22, monomère), monomère)

14

Critères d’efficacité d’un Critères d’efficacité d’un photoamorceur :photoamorceur :

forte réactivitéforte réactivité des centres actifs vis-à- des centres actifs vis-à-vis des groupements fonctionnelsvis des groupements fonctionnels


15

Photoamorceurs radicalaires :Photoamorceurs radicalaires :

Photoamorceurs cationiques :Photoamorceurs cationiques :

Ar2I+,BF4

-+ RH

hArI + Ar + R + HBF4

Ar3S+,PF6

-+ RH

h+ Ar + R + HPF6Ar2S

C

O

C Xh

C

O

+ C X

hC

ORH

C

OH

+ R

monomère

Polymère

Norrish INorrish I

Norrish IINorrish II


16

Critères d’efficacité d’un photoamorceur :Critères d’efficacité d’un photoamorceur :

forte réactivitéforte réactivité des centres actifs vis-à-vis des des centres actifs vis-à-vis des groupements fonctionnelsgroupements fonctionnels

rendement quantiquerendement quantique élevéélevé

courte durée de viecourte durée de vie des états excités singulet des états excités singulet et triplet (quelques nanosecondes) pour éviter et triplet (quelques nanosecondes) pour éviter leur désactivation par l’oxygène moléculaire leur désactivation par l’oxygène moléculaire ou le monomèreou le monomère

forte absorptionforte absorption dans le domaine d’émission dans le domaine d’émission de la source lumineuse et au sein du système à de la source lumineuse et au sein du système à polymériserpolymériser


17

Photoamorceur de type acétophénone :Photoamorceur de type acétophénone : C

O

C OH

R1

R2

R


18

Photoamorceur de type Photoamorceur de type -aminocétone :-aminocétone : C

O

C N

R1

R2

RR4

R3


19

Photoamorceur de type acylphosphine :Photoamorceur de type acylphosphine : C

O

P

O

R1

R2


20

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

200 300 400 500 600 700 800

Longueur d'onde (nm)

Inte

nsité

(u.a

.)

Spectre d’émission d’une lampe à vapeur de HgSpectre d’émission d’une lampe à vapeur de Hg


21


200 250 300 350 400 450 500

Abs

orba

nce

0

1

2

3

4

Résine


200 250 300 350 400 450 500

Abs

orba

nce

0

1

2

3

4

RésineLucirin-TPO


200 250 300 350 400 450 500

Abs

orba

nce

0

1

2

3

4

BenzophénoneRésineLucirin-TPO


22


23

Thiol-ènesThiol-ènesCouple donneur/Couple donneur/

accepteuraccepteurHétérocycles tendusHétérocycles tendusOléfines enrichies Oléfines enrichies en électronsen électrons

SystèmesSystèmesradicalairesradicalaires

SystèmesSystèmescationiquescationiques

Part du marché UV (en 2000)Part du marché UV (en 2000)

(Méth)acrylates(Méth)acrylates

Polyesters insaturésPolyesters insaturés

II.3. Systèmes II.3. Systèmes photopolymérisablesphotopolymérisables

24

Résines (méth)acryliquesRésines (méth)acryliques : :

Oligomère :Oligomère :

Principe : polymérisation en chaîne des Principe : polymérisation en chaîne des doubles liaisons acryliques doubles liaisons acryliques obtention obtention de réseaux fortement réticulés (très de réseaux fortement réticulés (très denses)denses)

II.3.1. Systèmes radicalairesII.3.1. Systèmes radicalaires


H2C CH C

O

O

n

époxypolyesterpolyétheruréthanepolysiloxane

25

Résines (méth)acryliques Résines (méth)acryliques ::

Caractéristiques :Caractéristiques : polymérisation extrêmement rapidepolymérisation extrêmement rapide très grand nbre de polymères et de très grand nbre de polymères et de

monomères disponibles monomères disponibles très large gamme très large gamme de produitsde produits

très sensible à l’inhibition par le dioxygène de très sensible à l’inhibition par le dioxygène de l’airl’air

important retrait après polymérisationimportant retrait après polymérisation

Application : arts graphiques, Application : arts graphiques, revêtements industriels (bois, plastiques, revêtements industriels (bois, plastiques, métal), électronique, adhésifs …métal), électronique, adhésifs …



26

Résines polyesters insaturés Résines polyesters insaturés ::

Oligomère : polymaléate/fumarate de Oligomère : polymaléate/fumarate de divers diolsdivers diols

Monomère : styrèneMonomère : styrène

Principe : copolymérisation directe du Principe : copolymérisation directe du monomère vinylique avec les doubles monomère vinylique avec les doubles liaisons de la chaîne de polyesterliaisons de la chaîne de polyester

R + O C CH

O

CH C

O

O + CH CH2 polymère réticulé



27

Résines polyesters insaturés Résines polyesters insaturés ::

Caractéristiques :Caractéristiques : polymérisation relativement lentepolymérisation relativement lente nombre limité d’oligomères disponiblesnombre limité d’oligomères disponibles volatilité du styrènevolatilité du styrène sensible à l’inhibition par le dioxygène de l’airsensible à l’inhibition par le dioxygène de l’air bon marchébon marché

Application : revêtement du boisApplication : revêtement du bois



28

Résines thiol-ènesRésines thiol-ènes : :

Oligomère/monomère : acrylates ou Oligomère/monomère : acrylates ou allyliques/thiolallyliques/thiol

Principe : addition radicalaire d’une Principe : addition radicalaire d’une liaison S-H sur une oléfine puis liaison S-H sur une oléfine puis propagation par transfertpropagation par transfert

Ar2CO + RSH h + RSAr2C OH

RS + n H2C CH R'

+ RSH + RSRS CH2 CH CH2

R'

CH2 R'

n

RS CH2 CH CH2

R'

CH R'

n-1

RS CH2 CH CH2

R'

CH R'

n-1



29

Résines thiol-ènes Résines thiol-ènes ::

Caractéristiques :Caractéristiques : problème d’odeurproblème d’odeur insensible à l’inhibition par le dioxygène de insensible à l’inhibition par le dioxygène de

l’airl’air problème de stabilité au stockage du mélange problème de stabilité au stockage du mélange

oléfine/thiololéfine/thiol coût élevécoût élevé

Application : revêtements souples et Application : revêtements souples et adhérents.adhérents.



30

Couple donneur (D) / accepteur Couple donneur (D) / accepteur (A) (A) ::

Oligomère/monomère : polyester insaturé Oligomère/monomère : polyester insaturé (accepteur) / vinyl éther multifonctionnel (accepteur) / vinyl éther multifonctionnel (donneur)(donneur)

Principe : l’espèce réactive est constituée Principe : l’espèce réactive est constituée du couple formé par la double liaison du couple formé par la double liaison riche en électrons (D) et la double liaison riche en électrons (D) et la double liaison pauvre en électrons (A)pauvre en électrons (A)



A+

D DA

*

exciplex

DA

31

Couple donneur (D) / accepteur Couple donneur (D) / accepteur (A) (A) ::

Caractéristiques :Caractéristiques : étroite palette de monomères disponiblesétroite palette de monomères disponibles peu sensible à l’inhibition par le dioxygène de peu sensible à l’inhibition par le dioxygène de

l’airl’air

Application : revêtement du boisApplication : revêtement du bois



32

Insensibilité à l’inhibition par le Insensibilité à l’inhibition par le dioxygène de l’airdioxygène de l’air

Sensibilité à l’inhibition par l’humidité et Sensibilité à l’inhibition par l’humidité et les espèces basiquesles espèces basiques

Très faible disponibilité des oligomèresTrès faible disponibilité des oligomères

Vitesse de polymérisation plus faible que Vitesse de polymérisation plus faible que celle des systèmes radicalairescelle des systèmes radicalaires

II.3.2. Systèmes cationiquesII.3.2. Systèmes cationiques


33

Hétérocycles tendus Hétérocycles tendus ::

Oligomère : époxy, oxétanes, époxy Oligomère : époxy, oxétanes, époxy cycloaliphatiques (plus rapides)cycloaliphatiques (plus rapides)

Principe : polymérisation par ouverture Principe : polymérisation par ouverture de cycle avec formation d’ions oxonium de cycle avec formation d’ions oxonium qui propagent la réaction en chaîne qui propagent la réaction en chaîne obtention d’un polyétherobtention d’un polyéther

R CH CH R'O

H+

+ R CH CH R'O

H

monomèreR CH CH

OH R'

O CH

R

CH O

R'

CH

CH

R'

R

n



34

Hétérocycles tendus Hétérocycles tendus ::

Caractéristiques :Caractéristiques : retrait plus faible que dans le cas des retrait plus faible que dans le cas des

systèmes radicalairessystèmes radicalaires résines plus chères que les résines résines plus chères que les résines

radicalairesradicalaires excellente adhésion sur métauxexcellente adhésion sur métaux excellentes propriétés mécaniques (dureté, excellentes propriétés mécaniques (dureté,

flexibilité) et très bonne tenue aux solvants et flexibilité) et très bonne tenue aux solvants et à la chaleurà la chaleur

Application : décoration du métal, Application : décoration du métal, revêtements antiadhérents (release revêtements antiadhérents (release coatings)coatings)



35

Oléfines enrichies en électrons Oléfines enrichies en électrons ::

Oligomère :Oligomère :

Caractéristiques :Caractéristiques : plus grande réactivité que les résines à plus grande réactivité que les résines à

fonctions hétéro-cycliquesfonctions hétéro-cycliques retrait identique à celui des systèmes retrait identique à celui des systèmes

radicalairesradicalaires

n

polyesterpolyétheruréthanepolysiloxane

O



36

Oligomères : couples éther Oligomères : couples éther vinylique/acrylate, éther vinylique/polyester vinylique/acrylate, éther vinylique/polyester insaturé, époxy/acrylate …insaturé, époxy/acrylate …

Principe : polymérisation simultanée mais Principe : polymérisation simultanée mais indépendante des deux systèmes indépendante des deux systèmes radicalaire et cationiqueradicalaire et cationique

obtention de 2 réseaux polymères obtention de 2 réseaux polymères enchevêtrés ou interpénétrés (IPN)enchevêtrés ou interpénétrés (IPN)

II.3.3. Systèmes hybridesII.3.3. Systèmes hybrides


37

Caractéristiques :Caractéristiques :

combinaison en un seul matériau des principales combinaison en un seul matériau des principales caractéristiques des deux réseauxcaractéristiques des deux réseaux

exex : caractère élastomère du poly(éther vinylique) et : caractère élastomère du poly(éther vinylique) et rigidité du polyacrylate ou du polyépoxyde rigidité du polyacrylate ou du polyépoxyde matériau matériau dur et flexible à la fois dur et flexible à la fois bonne résistance aux chocs et bonne résistance aux chocs et à la rayureà la rayure

variation des propriétés physico-chimiques de variation des propriétés physico-chimiques de l’IPN en jouant sur les proportions de chaque l’IPN en jouant sur les proportions de chaque oligomèreoligomère

II.3.3. Systèmes hybridesII.3.3. Systèmes hybrides


38

II.4. Paramètres influentsII.4. Paramètres influents

Résine / fonction réactive :Résine / fonction réactive :

Mécanisme réactionnel (radicalaire ou Mécanisme réactionnel (radicalaire ou cationique)cationique)

Vitesse de polymérisation :Vitesse de polymérisation : radicalaire : méthacrylate < polyester radicalaire : méthacrylate < polyester

insaturé/styrène < thiol/polyène < acrylateinsaturé/styrène < thiol/polyène < acrylate cationique : époxyde < éther vinyliquecationique : époxyde < éther vinylique

Taux de conversion final maximum : Taux de conversion final maximum : arrêt de la réaction quand Tg ~Tarrêt de la réaction quand Tg ~Tréactionréaction

39

Photoamorceur :Photoamorceur : Domaine et efficacité d’absorptionDomaine et efficacité d’absorption Vitesse de polymérisationVitesse de polymérisation Taux de conversion finalTaux de conversion final

Intensité lumineuse :Intensité lumineuse : Vitesse de polymérisationVitesse de polymérisation Taux de conversion finalTaux de conversion final

II.4. Paramètres influentsII.4. Paramètres influents

]M[]A[Ik

k

dt

dC

dt

]M[dv 0

t

pp

21

III – Avantages et III – Avantages et applications du procédé de applications du procédé de

photopolymérisationphotopolymérisation

41

RapiditéRapidité de la réaction (qqs sec. sous de la réaction (qqs sec. sous irradiation intense)irradiation intense)

Contrôle spatialContrôle spatial de la réaction : elle de la réaction : elle n’intervient que dans les zones exposées au n’intervient que dans les zones exposées au rayonnement lumineuxrayonnement lumineux

Contrôle temporelContrôle temporel de la réaction : elle de la réaction : elle peut être déclenchée à un instant précis et peut être déclenchée à un instant précis et être arrêtée à tout momentêtre arrêtée à tout moment

Contrôle de la vitesseContrôle de la vitesse de la réaction : de la réaction : l’intensité du rayonnement lumineux est l’intensité du rayonnement lumineux est modulable dans une très large gammemodulable dans une très large gamme

III.1. Intérêt de l’amorçage III.1. Intérêt de l’amorçage photochimiquephotochimique

42

Contrôle de l’épaisseur polymériséeContrôle de l’épaisseur polymérisée (de qqs µm à qqs mm) : en jouant sur la (de qqs µm à qqs mm) : en jouant sur la longueur d’onde et/ou l’intensité du longueur d’onde et/ou l’intensité du rayonnement lumineux, et/ou sur la rayonnement lumineux, et/ou sur la concentration en photoamorceur, on peut concentration en photoamorceur, on peut régler la profondeur de pénétration du régler la profondeur de pénétration du rayonnement rayonnement

Loi de Beer-Lambert :Loi de Beer-Lambert :

Réduction des émissions de composés Réduction des émissions de composés organiques volatilsorganiques volatils (COV) grâce à (COV) grâce à l’emploi de systèmes sans solvant ou à l’emploi de systèmes sans solvant ou à base aqueuse et à la possibilité de base aqueuse et à la possibilité de travailler à température ambiantetravailler à température ambiante

III.1. Intérêt de l’amorçage III.1. Intérêt de l’amorçage photochimiquephotochimique

]A[0eII

43

Réduction considérable de la pollutionRéduction considérable de la pollution par les solvants organiques et les par les solvants organiques et les émissions de COVémissions de COV

Gain de placeGain de place dans les ateliers de dans les ateliers de production (fours UV beaucoup moins production (fours UV beaucoup moins volumineux que tunnels de séchage volumineux que tunnels de séchage thermiques)thermiques)

Abaissement des coûts de productionAbaissement des coûts de production (four UV jusqu’à moitié moins cher qu’un (four UV jusqu’à moitié moins cher qu’un four à séchage thermique et cadences de four à séchage thermique et cadences de séchage beaucoup plus rapides (qqs séchage beaucoup plus rapides (qqs dizaines à qqs centaines de m/min))dizaines à qqs centaines de m/min))

Technolo

gie ve

rte

Technolo

gie ve

rte

III.2. Avantages industrielsIII.2. Avantages industriels

44

III.3. ApplicationsIII.3. Applications

RevêtementsRevêtements

AutresAutres

Part du marché UV aux USA (en 2000)Part du marché UV aux USA (en 2000)

Arts graphiquesArts graphiques

AdhésifsAdhésifs

45

Revêtements sur une large gamme de Revêtements sur une large gamme de substrats (bois, plastique, métal, papier, substrats (bois, plastique, métal, papier, verre, cuir, textile …)verre, cuir, textile …)


46

Revêtements sur une large gamme de Revêtements sur une large gamme de substrats (bois, plastique, métal, papier, substrats (bois, plastique, métal, papier, verre, cuir, textile …)verre, cuir, textile …)


47

Arts graphiquesArts graphiques

Séchage des encres d’impression appliquées sur Séchage des encres d’impression appliquées sur une large gamme de substrats (plastique, métal, une large gamme de substrats (plastique, métal, papier, carton)papier, carton)

Fabrication de circuits imprimés par Fabrication de circuits imprimés par photolithographiephotolithographie


48

Fabrication de circuits imprimés par Fabrication de circuits imprimés par photolithographie :photolithographie :

Procédé qui permet la gravure, suivant un motif Procédé qui permet la gravure, suivant un motif bien défini, d'une (ou plusieurs) couche(s) solide(s) bien défini, d'une (ou plusieurs) couche(s) solide(s) telle que nitrure, oxyde, métal, etc..., à la surface telle que nitrure, oxyde, métal, etc..., à la surface d’un substrat semi-conducteur.d’un substrat semi-conducteur.

Principe : transfert par insolationPrincipe : transfert par insolationdu motif défini sur un masque versdu motif défini sur un masque versla plaquette du semi-conducteur.la plaquette du semi-conducteur.


49

Substrat siliciumOxyde

Résine photosensible

Quartz (transparent aux UV)

Dioxyde de chrome (opaque aux UV)

Rayonnement UV

Polymérisation des zones de la résine exposées au rayonnement UV



50

Substrat silicium Substrat silicium

Résine photosensible

Oxyde

Photoresist positif(zones exposées insolubles

dans le solvant de développement)

Photoresist négatif(zones exposées solubles

dans le solvant de développement)


Révélation de la résine par un solvant de développementGravure de la partie non protégée de l’oxyde par HFRetrait de la résine de la surface de l’oxyde par un solvant puissant


51

AdhésifsAdhésifs


52

Réparation d’un éclat de pare-brise :Réparation d’un éclat de pare-brise :

Etape 1 : préparation pour la réparation

Etape 2 : remplissage de l’éclat par la résine

Etape 3 : durcissement de la résine sous UV

Etape 4 : élimination de l’excès de résine


53

Autres :Autres :


fabrication de lentilles fabrication de lentilles ophtalmiquesophtalmiques

fabrication d’objets en 3D par fabrication d’objets en 3D par stéréolithographiestéréolithographie

photodurcissement de ciments photodurcissement de ciments dentairesdentaires

54

Fabrication d’objets 3D par Fabrication d’objets 3D par stéréolithographie :stéréolithographie :

Procédé qui permet d’obtenir sans usinage une Procédé qui permet d’obtenir sans usinage une pièce tridimen-sionnelle à partir d’un modèle pièce tridimen-sionnelle à partir d’un modèle numérique établi par CAO.numérique établi par CAO.

Principe : le point de focalisationPrincipe : le point de focalisationd’un faisceau laser polymérised’un faisceau laser polymérisela zone de la surface libre de lala zone de la surface libre de larésine photopolymérisable enrésine photopolymérisable ensuivant la géométrie des différentessuivant la géométrie des différentescouches 2D définies numériquement.couches 2D définies numériquement.


55

1. Le support mobile plonge dans la résine liquide.2. Le support mobile remonte pour former une nouvelle couche.3. Relaxation par gravité de la surface libre du matériau.

4. Solidification par photopolymérisation.


Fabrication d’objets 3D par Fabrication d’objets 3D par stéréolithographie :stéréolithographie :

IV – Quelques problématiques IV – Quelques problématiques liéesliées

au procédé de au procédé de photopolymérisationphotopolymérisation

57

Loi de Beer-Lambert :Loi de Beer-Lambert :

Gradient de conversion Gradient de conversion hétérogénéité de hétérogénéité de polymérisation polymérisation hétérogénéité des propriétés hétérogénéité des propriétés du matériaudu matériau

Technologie UV Technologie UV séchage de couches séchage de couches minces (qqs centaines de µm) minces (qqs centaines de µm) polymérisation homogène polymérisation homogène

Intensité

Epaisseur

Conversion

Epaisseur

IV.1. 1IV.1. 1èreère limite : épaisseur limite : épaisseur photopolymérisablephotopolymérisable

58

épaisseurvariable

UVUV

1) Étape photochimique1) Étape photochimique

2) Étape thermique2) Étape thermique

Synthèse d’un matériau à gradient de Synthèse d’un matériau à gradient de propriétés mécaniques par un nouveau propriétés mécaniques par un nouveau procédé en 2 étapes :procédé en 2 étapes :


59Epaisseur (mm)

Con

vers

ion

en >

=<

(%

)

Nouveau procédé de synthèse en 2 étapes :Nouveau procédé de synthèse en 2 étapes :

Gradient de Gradient de conversion en conversion en doubles liaisons doubles liaisons acrylique de 80%acrylique de 80%

Matériau avec Matériau avec une face rigide et une face rigide et une face soupleune face souple

Application : Application : amortissement des amortissement des chocs et/ou de chocs et/ou de vibrationsvibrations


60

Epaisseur : 30-40 µm

UVUV

PolymérisationPolymérisationhomogènehomogène

IV.2. 2IV.2. 2èmeème limite : diffusion de la limite : diffusion de la lumièrelumière

Formulation claire :Formulation claire :

61

UVUV

PolymérisationPolymérisationhétérogènehétérogène

Epaisseur : 30-40 µm

Formulation pigmentée :Formulation pigmentée :


62

Revêtementmal

photopolymérisé

Revêtementbien

photopolymérisé


63

IV.3. 3IV.3. 3èmeème limite : exothermie de la limite : exothermie de la réactionréaction

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 2500 50 100 150 200 250

Temps /s

60

50

40

30

20

10

0

T /°

C

I0= 50 mW/cm2

I0= 20 mW/cm2

I0= 11 mW/cm2

I0= 2 mW/cm2

I0= 1 mW/cm2

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 2500 50 100 150 200 250

Temps /s

60

50

40

30

20

10

0

T /°

C

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 2500 50 100 150 200 250

Temps /s

60

50

40

30

20

10

0

T /°

C

I0= 50 mW/cm2

I0= 20 mW/cm2

I0= 11 mW/cm2

I0= 2 mW/cm2

I0= 1 mW/cm2

I0= 50 mW/cm2

I0= 20 mW/cm2

I0= 11 mW/cm2

I0= 2 mW/cm2

I0= 1 mW/cm2

II00 élevée élevée élévation de élévation de température température importanteimportante

PhotopolymérisatioPhotopolymérisation en présence de n en présence de tissus vivants tissus vivants risques de nécroserisques de nécrose solution : utilisation de solution : utilisation de

photoamorceurs qui photoamorceurs qui « photoblanchissent »« photoblanchissent »

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Photoblanchiment Photoblanchiment (« photobleaching »)(« photobleaching »)


ConclusionConclusion

66

Technologie performante, écologique Technologie performante, écologique et économiqueet économique

Applications nombreuses et variéesApplications nombreuses et variées

Recherche constante de nouveaux Recherche constante de nouveaux photoamorceurs, résines, sources photoamorceurs, résines, sources d’émission …d’émission …

ConclusionConclusion

Technologie verte avec un fort potentielTechnologie verte avec un fort potentielde développementde développement

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MERCI DE VOTRE MERCI DE VOTRE ATTENTION !ATTENTION !

PHOTOPOLYMERISATION : PRINCIPES & APPLICATIONS Laurence LECAMP Maître de conférences à lIUFM de...

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Transcript of PHOTOPOLYMERISATION : PRINCIPES & APPLICATIONS Laurence LECAMP Maître de conférences à lIUFM de...