WO2014154710A1

WO2014154710A1 - Procede de fabrication d'un objet en un materiau polymerique durci

Info

Publication number: WO2014154710A1
Application number: PCT/EP2014/055989
Authority: WO
Inventors: Tarek Fathallah; Véronique MOURIER; Hélène MARIE
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: FR3003788A1; FR3003788B1

Abstract

L'invention a trait à un procédé de fabrication d'un objet moulé en un matériau organique polymérique comprenant successivement les étapes suivantes : • a) une étape de remplissage complet de la cavité interne (13) d'un moule (11), ladite cavité interne (13) ayant une forme correspondant à celle de l'objet que l'on souhaite obtenir, par une composition liquide organique polymérisable et/ou réticulable comprenant au moins un solvant; • b) une étape de polymérisation et/ou réticulation de ladite composition au sein dudit moule (11); • c) une étape de séchage, au sein dudit moule, de l'objet obtenu en b), caractérisé en ce que ledit moule, au moins lors de la mise en oeuvre de l'étape c), est une enceinte fermée, dont les parois formant frontière entre la cavité interne (13) et l'extérieur du moule (11) sont en au moins un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz produits de l'étape c) et éventuellement de l'étape b).

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN OBJET EN UN MATERIAU POLYMERIQUE DURCI

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a trait à un procédé de fabrication d'un objet moulé en un matériau organique polymérique durci impliquant un procédé spécifique se déroulant dans un milieu comprenant au moins un solvant, notamment un solvant organique, de l'eau ou un mélange comprenant de l'eau et un solvant organique.

Ce procédé, de par la diversité des objets qu'il permet de préparer, trouve application dans de nombreux domaines, qui seront exposés ci-après.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La préparation d'un objet en un matériau polymérique organique peut se dérouler majoritairement selon deux processus, qui sont les suivants :

-la polymérisation en chaîne ; et

-la polymérisation par étapes, telle que la polycondensation.

Dans le cadre de la polymérisation en chaîne, cela implique au moins une étape de polymérisation de précurseurs du matériau, ces précurseurs pouvant être des monomères voire des oligomères qui vont réagir ensemble, après avoir formé des centres actifs (tels que des radicaux ou des ions), pour former des chaînes polymériques constitutives dudit matériau.

Dans le cadre de la polymérisation par étapes, cela implique au moins une étape de polymérisation de précurseurs du matériau par réaction entre des groupes fonctionnels portés par ces précurseurs, un des exemples classiques de la polymérisation par étapes étant la polycondensation.

En variante, la préparation d'un objet en un matériau polymérique peut impliquer, à la place d'une étape de polymérisation stricto sensu, une étape de réticulation de chaînes polymériques préexistantes, ce qui signifie, en d'autres termes, que ces chaînes polymériques vont former, à l'issue de cette étape de réticulation, un réseau tridimensionnel constitué de chaînes polymériques liées entre elles via des ponts de réticulation. En d'autres termes, les chaînes polymériques préexistantes comportent des fonctions aptes à réagir avec un agent de réticulation lors de l'étape de réticulation, pour former ledit réseau tridimensionnel (on parle alors de réticulation chimique) ou encore comportent des fonctions aptes à réagir entre elles, spontanément ou suite à une stimulation physique (on parle alors de réticulation physique).

Que ce soit pour l'étape de polymérisation ou l'étape de réticulation, lorsqu'elles sont réalisées dans un milieu comprenant un solvant, l'objet résultant de ces étapes est un objet, qui peut emprisonner, en son sein, au moins une partie du solvant, qui doit être éliminé pour compléter la réalisation de l'objet.

Les techniques de séchage, telles que le séchage évaporatif, engendrent un objet sec (c'est-à-dire dénué de solvant), qui peut présenter, de façon désavantageuse, des craquelures et des fissurations en raison de la présence de fortes tensions superficielles au niveau des pores emprisonnant le solvant. Qui plus est, lorsque cette technique est mise en œuvre avec une solution polymérisable coulée dans un moule ouvert sur l'extérieur (lorsqu'il s'agit notamment de réaliser un objet de forme plus complexe qu'un monolithe), il s'avère que le séchage de l'objet n'est pas homogène selon toutes les directions, ce qui peut conduire à un objet, dont la forme ne correspond pas au moule de départ. Enfin, le séchage non homogène de l'objet induit, par ailleurs, des contraintes mécaniques supplémentaires, qui favorisent l'apparition de fissures au sein de l'objet.

Au vu de ce qui existe, les auteurs de la présente invention se sont donc fixés pour objectif de proposer un procédé de fabrication d'un objet moulé en un matériau polymérique organique durci ne présentant pas les inconvénients susmentionnés, à savoir :

-des limitations quant à la forme de l'objet que l'on souhaite obtenir ; et

-un séchage non uniforme qui induit une déformation de l'objet par rapport à la forme que l'on souhaite initialement obtenir ainsi qu'une microstructure non homogène. EXPOSÉ DE L'INVENTION

Pour surmonter ces inconvénients, les auteurs de la présente invention proposent un procédé de fabrication d'un objet moulé en un matériau organique polymérique comprenant successivement les étapes suivantes :

a) une étape de remplissage complet de la cavité interne d'un moule, ladite cavité interne ayant une forme correspondant à celle de l'objet, que l'on souhaite obtenir, par une composition liquide organique polymérisable et/ou réticulable comprenant au moins un solvant ;

b) une étape de polymérisation et/ou réticulation de ladite composition au sein dudit moule ;

c) une étape de séchage, au sein dudit moule, de l'objet obtenu en b), caractérisé en ce que ledit moule, au moins lors de la mise en œuvre de l'étape c), est une enceinte fermée, dont les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en au moins un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz produits lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b).

Avant d'entrer plus en détail dans l'exposé de l'invention, nous précisons les définitions suivantes.

Par « moule consistant en une enceinte fermée », on entend un moule, dont la cavité interne n'est pas en communication directe avec l'extérieur dudit moule (ou, en d'autres termes, avec l'atmosphère ambiante dudit moule) au moins lors de la mise en œuvre de l'étape c), ce qui signifie, en d'autres termes que la cavité interne est isolée de l'atmosphère ambiante entourant ledit moule au moins lors de la mise en œuvre de l'étape c). Qui plus est, les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau apte à évacuer les gaz issus de l'étape c) et éventuellement de l'étape b) (ces gaz étant issus, en tout ou partie, de l'évaporation du ou des solvants), ce qui permet une évacuation homogène desdits gaz au niveau de toutes les faces externes de l'objet. Il en résulte un contrôle homogène des dimensions de l'objet.

Le moule peut comprendre, au sein de la cavité interne, plusieurs compartiments distincts, ce qui permet la réalisation d'objets de forme complexe. Cela est le cas, notamment, lorsque le moule comprend, au sein de ladite cavité interne, des éléments rapportés, tels que des pièces amovibles, comme des pièces sous forme de cylindres ou de poutres intégrés pour la réalisation d'objets pouvant présenter des trous correspondant à la forme des éléments rapportés. Dans ce cas, il peut être prévu un système de retrait de ces éléments rapportés avec ou sans ouverture du moule, étant entendu que le moule doit être une enceinte fermée au moins lors de la mise en œuvre de l'étape c).

Le moule peut comprendre, en outre, au moins un orifice d'entrée permettant la communication entre l'extérieur et la cavité interne, en vue de la mise en œuvre de l'étape a), étant entendu que cet orifice sera obturé en vue de la mise en œuvre, au moins, de l'étape c), de préférence, par un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz produits lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b).

Comme mentionné ci-dessus, le moule est un moule spécifique à enceinte fermée tel que défini ci-dessus au moins pour la mise en œuvre de l'étape c). Il peut l'être, de la même manière, pour la mise en œuvre de l'étape b) (notamment, lorsque les étapes b) et c) se déroulent de manière simultanée) voire pour la mise en œuvre de l'étape a), auquel cas l'étape a) pourra être mise en œuvre, comme cela sera explicité ci-dessous, par introduction d'une seringue comprenant la composition polymérique et/ou réticulable dans la cavité interne du moule par simple traversée de la paroi. Un moule adapté à ce cas de figure est un moule consistant en une enceinte fermée formée d'un seul bloc (dit, également, monobloc), dont les parois délimitant la cavité interne de l'extérieur sont constituées uniquement d'un bloc dudit matériau apte à évacuer les gaz formés lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b). Il s'entend que le matériau apte à évacuer les gaz formés lors de l'étape c) et éventuellement lors de l'étape b) fait partie intégrante du moule et ne résulte pas ainsi d'un élément d'apport, tel qu'un couvercle ajouté ultérieurement.

Grâce à l'utilisation d'un moule à enceinte fermée (au moins pour la mise en œuvre de l'étape c)) dont les parois délimitant la cavité interne de l'extérieur du moule sont en un matériau apte à évacuer les gaz formés lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b), le procédé de l'invention comble les lacunes rencontrées dans les procédés de l'art antérieur et permet notamment d'obtenir :

-des objets pouvant présenter une géométrie complexe sur toutes les faces ;

-une maîtrise du séchage permettant d'uniformiser celui-ci, ce qui se traduit par une rétraction uniforme de l'objet durci et ainsi un respect des côtes relatives de l'objet que l'on souhaite obtenir par rapport au moule de cet objet et ce qui se traduit également par un meilleur contrôle des caractéristiques microstructurales de l'objet. En d'autres termes, le procédé de l'invention permet une conservation de la proportionnalité entre les dimensions de l'objet, lorsque l'objet se contracte sous l'effet du séchage ; et

-un confinement de l'atmosphère existant dans le moule, ce qui permet de préserver l'objet de l'extérieur et de prévenir ainsi d'éventuelles fissurations, et également d'opérer un séchage à une pression inférieure à la pression atmosphérique et donc de diminuer la durée de ce séchage.

De préférence, l'épaisseur des parois du moule est identique sur l'intégralité du moule, ce qui permet d'assurer une vitesse de séchage uniforme en tous points du moule.

Comme mentionné ci-dessus, le procédé de l'invention comprend une étape de remplissage complet de la cavité interne du moule (étape a) par une composition polymérisable et/ou réticulable, destinée, après polymérisation et/ou réticulation, à constituer le matériau constitutif de l'objet susmentionné.

Cette étape a) se fait, classiquement, par injection de ladite composition dans la cavité interne du moule jusqu'à remplissage complet de cette dernière, par exemple, via une seringue traversant la paroi du moule (notamment lorsque le moule est à base d'un matériau élastomère), cette étape a) pouvant se faire en plusieurs fois, notamment, lorsque la cavité interne du moule est divisée en plusieurs compartiments.

Durant la mise en œuvre de l'étape a), le moule peut être un moule à enceinte fermée, notamment lorsque les parois du moule formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau élastomère, ce qui permet l'introduction d'une seringue dans la cavité interne sans ouverture du moule, le matériau élastomère se rétractant lors du retrait de la seringue, ce qui permet de maintenir le moule à enceinte fermée pour, au moins, la mise en œuvre de l'étape c).

Les parois du moule formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz produits lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b), ces gaz étant, en particulier, ceux résultant de l'évaporation du solvant lors de l'étape de séchage susmentionnée. Ils peuvent également résulter des autres produits du mélange réactionnel, tels que des produits secondaires issus de la polymérisation et/ou réticulation.

Un matériau répondant à ces spécificités peut être un matériau élastomère, par exemple, un matériau élastomère de la famille des polysiloxanes.

Plus particulièrement, un tel matériau peut être un matériau élastomère appartenant à la famille des polydiméthylsiloxanes, cette famille étant caractérisée par la présence d'un enchaînement de motifs répétitifs de formule (I) suivante :

Outre la capacité à permettre l'évacuation des gaz issus notamment de l'étape de séchage, les matériaux élastomères ont pour avantage d'absorber les contraintes mécaniques générées lors de l'étape de polymérisation et/ou réticulation et de l'étape de séchage. D'autre part, ces matériaux élastomères présentent d'excellentes propriétés de moulage, ce qui permet de respecter parfaitement les dimensions de l'objet initial.

Certains matériaux élastomères, comme cela est le cas des polydiméthylsiloxanes, sont transparents aux rayons UV, ce qui les rend intéressants lorsque l'on souhaite induire par rayons UV la polymérisation ou réticulation de la composition introduite dans le moule lors de l'étape a).

Le moule peut être à base d'autres matériaux organiques que ceux mentionnés ci-dessus ou d'autres matériaux inorganiques, dès lors qu'ils sont aptes à permettre l'évacuation des gaz lors, au moins, de l'étape de séchage.

Préalablement à l'étape a), le procédé de l'invention peut comprendre une étape de préparation du moule de l'objet à fabriquer.

Cette étape de préparation peut consister à mouler une pièce de forme correspondant à l'objet que l'on souhaite fabriquer, moyennant quoi il résulte de cette étape un moule présentant une cavité interne présentant la forme de l'objet à fabriquer, étant entendu que les parois délimitant l'extérieur du moule de la cavité interne de celui- ci sont en un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz formés lors de l'étape c) et éventuellement de l'étape b).

Selon la nature du matériau constitutif du moule, cette étape de préparation peut se dérouler selon différentes variantes.

A titre d'exemple, lorsque le moule comprenant un matériau du type polydiméthylsiloxane, l'étape de préparation du moule peut comprendre les opérations suivantes :

-une opération de mise en contact d'une pièce de forme correspondant à l'objet que l'on souhaite fabriquer avec une solution comprenant :

*un polymère comprenant, dans sa chaîne principale, un enchaînement de motif répétitif de formule (I) telle que définie ci-dessus et au moins deux groupes terminaux éthyléniques ; et

*un agent de réticulation ;

-une opération de réticulation de ladite solution ;

-une opération de retrait de la pièce de départ, moyennant quoi il subsiste ledit moule comprenant une cavité interne dont la forme correspond à l'empreinte de la pièce d'origine. L'opération de mise en contact peut être réalisée dans un récipient dans lequel est placée la pièce susmentionnée, ce récipient étant rempli d'une solution telle que définie ci-dessus.

Le polymère susmentionné peut correspondre à un polymère de formule (I I) suivante :

(I I) dans laquelle n représente le nombre de répétition du motif répétitif pris entre crochets.

L'agent de réticulation peut être de divers types.

Lorsqu'il s'agit de pratiquer une réticulation à chaud, l'agent de réticulation peut être un ou plusieurs peroxydes organiques, tels que le peroxyde de benzoyle, le peroxyde de dicumyle et les mélanges de ceux-ci.

Lorsqu'il s'agit de pratiquer une réticulation à froid, ce qui est le cas notamment avec les élastomères bicomposants, l'agent de réticulation peut être :

-un silicate d'alcoyle tétrafonctionnel en présence d'un catalyseur organostanneux et d'un sel de platine ;

-un agent réticulant du type R-SiX₃ ou SiX₄ en présence d'un sel métallique, dans lequel R peut être un groupe alkyle et X peut être un groupe hydrolysable, tel qu'un groupe acétoxy, alcoxy, amino, amido.

La solution susmentionnée peut être disponible commercialement, par exemple, sous forme d'un kit comprenant deux parties, une première partie comprenant ledit polymère et une deuxième partie comprenant ledit agent de réticulation, ces deux parties devant être mélangées pour constituer la solution.

L'opération de réticulation peut consister, lorsque la réticulation doit s'effectuer à chaud, à chauffer l'ensemble formé par la pièce et la solution à une température et durée appropriées (on parle, alors de thermoréticulation) pour obtenir la transformation de la solution en un matériau solide entourant la pièce de forme correspondant à l'objet que l'on souhaite fabriquer.

L'opération de réticulation peut également s'effectuer à température ambiante, lorsque la réticulation peut s'effectuer à froid.

A l'issue de cette opération de réticulation, la pièce est retirée de sorte à laisser subsister uniquement le moule de l'objet à fabriquer. Cette opération de retrait peut être précédée par une opération de découpe du matériau solide en au moins deux parties de sorte à pouvoir retirer la pièce. Dans ce cas de figure, il s'entend que les parties découpées seront réassemblées après le retrait de la pièce, tout en ménageant, si besoin est, une entrée destinée à l'introduction subséquente de la composition polymérisable et/ou réticulable dans le moule.

Il est possible également d'envisager la fabrication du moule en plusieurs parties distinctes (par exemple, en deux parties), d'assembler ces parties par simple pression mécanique ou par électromagnétisme et de désassembler ces parties sans qu'il soit nécessaire de procéder à une opération de découpe.

Comme mentionné ci-dessus, il est introduit, dans la cavité interne jusqu'à remplissage complet de cette dernière, une composition polymérisable et/ou réticulable.

Cette composition peut être également préparée préalablement à l'étape a), cette étape de préparation pouvant consister à mettre en contact les ingrédients nécessaires à la fabrication d'un matériau polymérisé en milieu solvant organique.

Lorsque la composition est une composition polymérisable, les réactifs contenus dans cette composition peuvent être :

-au moins un monomère polymérisable ;

-éventuellement, au moins un amorceur de polymérisation ; et

-au moins un solvant, par exemple un solvant organique, de l'eau ou un mélange comprenant de l'eau et un solvant organique. Lorsque la polymérisation se déroule selon un mécanisme radicalaire dit « en chaîne », on peut mentionner, comme monomères, des monomères vinyliques, c'est-à-dire des monomères comportant au moins une double liaison carbone-carbone, de tels monomères pouvant être des monomères oléfiniques, des monomères styréniques, des monomères (méth)acrylates (tels que l'acide méthacrylique, le diméthacrylate d'éthylèneglycol).

A titre d'amorceur de polymérisation, il peut s'agir, en particulier, d'un amorceur de radicaux libres (notamment, lorsque la polymérisation se déroule selon un mécanisme radicalaire), tels que des composés nitriles comme l'azoisobutyronitrile (symbolisé par l'abréviation AiBN).

Lorsque la polymérisation se déroule selon un mécanisme de polymérisation par étapes, les monomères mis en jeu peuvent être des couples de monomères tels que :

-un couple comprenant au moins un monomère diamine et au moins un monomère dicarboxylique ;

-un couple comprenant au moins un monomère porteur d'au moins un groupe -OH (par exemple, du résorcinol) et au moins un monomère porteur d'au moins un groupe aldéhyde (par exemple, le formaldéhyde).

Enfin, lorsque la composition est une composition réticulable, celle-ci peut comporter :

-au moins un polymère comprenant au moins un groupe fonctionnel réticulable ;

-un agent de réticulation, lorsque la réticulation est réalisée par voie chimique et non par voie physique ; et

-au moins un solvant, par exemple, un solvant organique, de l'eau ou un mélange comprenant de l'eau et un solvant organique.

L'homme du métier, en fonction du matériau constitutif de l'objet à fabriquer, choisira, de manière appropriée, les ingrédients nécessaires à la fabrication dudit objet, que ce soient en termes de monomères, d'éventuels amorceurs de polymérisation, de solvants, de polymères réticulables, d'agents de réticulation. Outre la présence des ingrédients susmentionnés et d'un ou plusieurs solvants, la composition peut comprendre d'autres adjuvants, tels que :

-l'eau ;

-des catalyseurs permettant d'accélérer la réaction de polymérisation et/ou de réticulation;

-des pigments organiques ou inorganiques ; et

-des composés organiques à propriétés optiques, tels que des composés fluorophores, des composés phosphorescents, des agents anti-UV, des agents antireflet ou des composés ayant une fonction réactive avec des analytes (en vue d'assurer, par exemple, la détection d'analytes).

Préalablement à l'étape a), le moule peut être amené à subir une étape de traitement de sa surface interne (c'est-à-dire la surface de la cavité interne destinée à être en contact avec la composition polymérisable et/ou réticulable), de sorte à minimiser l'adhérence du matériau constitutif de l'objet (après polymérisation et/ou réticulation de la composition) et ainsi faciliter le retrait de cet objet du moule. I l s'entend que ce traitement ne doit pas modifier, ou en tout cas pas de façon substantielle, la perméabilité du moule vis-à-vis des gaz. Cette étape de traitement de surface peut consister à pratiquer une silanisation hydrophobe de la surface interne du moule (par exemple, au moyen de réactifs tels qu'un silane perfluoré, du trichlorométhylsilane).

Le moule, dans lequel est introduite la composition, peut être fixé sur un système mobile, par exemple, rotatif, qui va permettre d'obtenir des objets de meilleure qualité, le mouvement induit par le système, par exemple, un mouvement de rotation, permettant d'éviter un phénomène d'effondrement du matériau polymérique lors du processus de séchage ou en d'autres termes permettant de contrer l'effet de gravité. Avantageusement, le système mobile est mis en fonctionnement uniquement après l'introduction de la composition et après la polymérisation ou réticulation de la composition de façon concomitante à la mise en œuvre à l'étape de séchage c). Ce mouvement appliqué peut également contribuer à faciliter l'opération ultérieure de démoulage notamment pour les objets microstructurés en contact avec l'une des faces du moule, notamment la face inférieure, la viscoélasticité du moule pouvant permettre d'absorber les chocs pendant l'étape de séchage rotative.

Une fois l'étape a) achevée, le procédé comprend une étape de polymérisation ou réticulation de la composition introduite.

Cette étape peut consister à placer le moule ainsi rempli au repos pendant une durée et une température suffisantes pour induire la polymérisation et/ou réticulation de la composition. Cette durée et cette température peuvent être déterminées par l'homme du métier par des expériences de routine et peuvent varier notamment en fonction du volume de la composition, des proportions et des quantités d'ingrédients utilisés dans cette composition. De préférence, la durée de cette étape est courte, en particulier, inférieure à 20 minutes et, de préférence, inférieure à 5 minutes, de façon à limiter l'évaporation du solvant durant cette étape. En effet, si l'étape susmentionnée est lente (à savoir, si la durée fixée est longue), cela pourrait entraîner une déformation du polymère et ainsi une forme de celui-ci non conforme à la cavité interne du moule.

Par ailleurs, pour la mise en œuvre de l'étape de polymérisation ou de réticulation, le moule peut être placé dans un environnement, qui limite l'évaporation du solvant à travers la paroi du moule, un tel environnement pouvant consister en un espace clos saturé en vapeur de solvant ou pouvant être obtenu en abaissant la température.

Après l'étape b), le procédé de l'invention comprend une étape de séchage (étape c), moyennant quoi les gaz (dont ceux issus de l'évaporation du ou des solvants) sont éliminés par évaporation à travers les parois du moule.

Cette étape de séchage peut se dérouler de manière simultanée à l'étape b) ou, à tout le moins peut démarrer alors que l'étape b) n'est pas achevée.

Cette étape de séchage peut être réalisée selon diverses variantes, parmi lesquelles on peut citer :

-le séchage par fluide supercritique, tel que le dioxyde de carbone supercritique ;

-le séchage par chauffage ;

-le séchage sous vide ; -le séchage sous atmosphère contrôlé ; et

-une combinaison des méthodes de séchage précitées.

Il n'est pas exclu que l'étape de séchage puisse être mise en œuvre par une combinaison des variantes susmentionnées. En particulier, lorsque l'étape de séchage combine à la fois un séchage par chauffage et un séchage sous vide, cela peut permettre de diminuer substantiellement la durée du séchage ou la température de séchage par rapport à un séchage par chauffage.

A titre d'exemple, l'étape de séchage peut consister à placer le moule dans un four rotatif et à chauffer ce moule à une température et une durée appropriées (par exemple, 45°C pendant 5 jours) pour permettre l'évacuation du solvant par évaporation, ce chauffage pouvant être combiné à une mise sous vide, les gaz issus de l'évaporation traversant les parois du moule.

L'objet obtenu selon le procédé de l'invention présente, par rapport au moule, des dimensions conformes à la pièce d'origine sans déformation de sa forme. Autrement, les proportions relatives sont conservées.

L'objet formé par le procédé de l'invention peut être à son tour utilisé comme modèle pour constituer un moule, lequel pourra être utilisé, ensuite, dans un procédé comprenant des étapes conformes à l'invention (étapes a), b) et c) susmentionnées), ces opérations pouvant être répétées autant de fois que possible jusqu'à l'obtention d'un objet présentant les dimensions souhaitées. Ceci peut être particulièrement intéressant pour réaliser des objets micrométriques microstructurés, sans avoir à recourir à des moyens de microstructuration.

Comme déjà mentionné, le procédé de l'invention permet d'envisager la préparation d'objets en matériau polymérique organique de formes et de structures les plus diverses. Le procédé de l'invention peut permettre, en particulier, la préparation d'objets en des matériaux polymériques organiques spécifiques, tels que les aérogels, les xérogels. I l s'entend que, du fait que les objets préparés selon l'invention sont en un matériau polymérique organique, ceci n'inclut pas les objets en un matériau sol-gel.

Ce procédé peut trouver ainsi application dans de nombreux domaines, tels que : -le domaine de la détection des gaz, le procédé de l'invention pouvant être utilisé pour concevoir des capteurs à base de matériau polymérique organique permettant de guider des ondes électromagnétiques, pouvant se présenter sous forme de structures particulières (telles que des fibres optiques) ;

-le domaine des lasers, le procédé de l'invention pouvant être notamment utilisé pour concevoir des lasers à colorants, ces derniers pouvant être incorporés dans la composition polymérisable ou réticulable qui sert de base à la préparation des lasers, les monolithes obtenus par le procédé de l'invention présentant des dimensions précises et une excellente qualité de surface ;

-le domaine de la microfluidique, le procédé de l'invention pouvant être notamment utilisé pour concevoir des microcanaux, qui peuvent être élaborés sur des supports, tels que des plaques de verre ;

-le domaine de l'analyse chimique, le procédé de l'invention pouvant être notamment utilisé pour concevoir des microcolonnes destinées à entrer dans la constitution d'appareils chromatographiques, tels que la chromatographie en phase gazeuse ;

-le domaine de l'électro-osmose, le procédé de l'invention pouvant être notamment utilisé pour concevoir des membranes microporeuses et des dispositifs à microcanaux;

-le domaine de l'électrophorèse, le procédé de l'invention pouvant être notamment utilisé pour concevoir des microréacteurs ;

-le domaine de l'optique, le procédé de l'invention pouvant être utilisé pour concevoir des lentilles, des guides d'onde ou de lumière et plus particulièrement des lentilles de Fresnel, comme des microlentilles, et des matrices de microlentilles ;

-le domaine de l'énergie, le procédé de l'invention pouvant être utilisé pour concevoir des matériaux d'électrode, notamment pour les piles à combustible ou les supercondensateurs ou encore pour concevoir des matériaux à stockage de combustible, tel que l'hydrogène ; -le domaine de la microélectronique, le procédé de l'invention pouvant être utilisé pour concevoir des matériaux isolants, des matériaux piézoélectriques ou des matériaux diélectriques, ces matériaux pouvant être microstructurés.

Concernant les guides de lumière, ceux-ci peuvent être réalisés à l'aide d'un matériau poreux polymérique organique, renfermant un capteur chimique destiné à réagir en présence d'un analyte, tel qu'un analyte gazeux, les propriétés optiques du matériau pouvant changer en présence d'un analyte donné. On peut ainsi accéder à une grande sensibilité de détection.

Concernant la réalisation de dispositifs microstructurés, grâce au procédé de l'invention, il est ainsi possible d'éviter le recours à des procédés de microstructuration tels que la gravure, ces derniers pouvant laisser un état de surface non maîtrisé.

Pour cela :

-on utilise une pièce microstructurée, destinée à être reproduite, de façon à former un moule ;

-on reproduit cette pièce par le procédé de l'invention, ce qui permet d'obtenir une pièce présentant des microstructures aux dimensions réduites.

Il est possible de réitérer ces opérations, en formant un moule à partir de la pièce précédemment obtenue par le procédé de l'invention. En multipliant les itérations, on peut obtenir une pièce micrométrique sans avoir à recourir à des moyens de microstructuration.

Outre les avantages déjà mentionnés ci-dessus, le procédé de l'invention s'avère également facile à mettre en œuvre, efficace à basses températures, ce qui le rend compatible avec l'utilisation de nombreuses molécules organiques.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront du complément de description qui suit qui se rapporte à un exemple de préparation d'un objet conformément au procédé de l'invention.

Bien entendu, ce complément de description n'est donné qu'à titre d'illustration de l'invention et n'en constitue en aucun cas une limitation. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure unique représente les différentes étapes (respectivement parties a, b, c, d, e, f et g) de la préparation d'un objet monolithique conformément au procédé de l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

EXEM PLE 1

Cet exemple illustre la préparation d'un objet à partir du procédé de l'invention, cet objet étant un disque. a) Fabrication du moule

Le moule est préparé par la succession d'opérations suivantes, illustrées par les parties a, b, c, d et e de la figure unique :

1- Préparation à l'aide d'une spatule d'un mélange (20 g) de deux composants, respectivement du polydiméthylsiloxane (PDMS) et un agent de réticulation selon un ratio de 10/1 (ces composants étant disponibles auprès de Dow-Corning sous la dénomination de SylGard 184) ;

2- Coulée de ce mélange 1 (15 g) dans un récipient en plexiglas de forme cylindrique 3 (de dimensions 60 mm de diamètre et 20 mm de hauteur) sur une ha uteur de 5 mm épaisseur (partie a) de la figure unique) ;

3- Mise sous vide poussé de l'ensemble pendant 20 minutes en cassant le vide suivi d'une cuisson à 70°C pendant 2h ;

4- Après cuisson du mélange (engendrant, ainsi, la réticulation du PDMS), placement de l'objet 5 (qui est un disque de 25 mm de diamètre et de 5 mm d'épaisseur) à mouler sur la couche de PDMS obtenue (partie b) de la figure unique) ;

5- Préparation à l'aide d'une spatule d'un mélange (30 g) de deux composants, respectivement du polydiméthylsiloxane (PDMS) et un agent de réticulation selon un ratio de 10/1 (ces composants étant disponibles auprès de Dow-Corning sous la dénomination de SylGard 184) suivi d'un dégazage sous vide poussé (20 minutes en cassant le vide) ; 6- Coulée de 25 g du mélange 7 sur l'objet à mouler (posée sur la couche de PDMS préalablement mise en œuvre) jusqu' à une hauteur de 5 mm au-dessus de l'objet (partie c) de la figure 1);

7- Application d'un vide poussé pendant 30 minutes pour dégazer l'ensemble ;

8- Chauffage de l'ensemble à 70°C pendant 2 heures, de sorte à engendrer la réticulation du polydiméthylsiloxane, moyennant quoi il se forme une couche solide autour de la pièce ;

9- Démoulage manuel du moule du récipient en plexiglas ;

10- Découpe du surplus de PDMS jusqu'à l'obtention d'une épaisseur de moule uniforme de 5 mm ;

11- Ouverture du moule en PDMS en deux parties à l'aide d'un scalpel selon un plan de découpe indiqué en pointillés 9 sur la partie d) de la figure unique pour retirer l'objet de départ pris dans le moule en PDMS.

Les deux parties du moule en PDMS sont ensuite recollées après activation par plasma selon les conditions suivantes :

1- On place les deux parties du moule dans un plasma 0₂ (Plasma 0₂ AST Product I nc), les conditions suivantes étant appliquées pour activer les fonctions de surface du PDMS (P0₂ 1 bar ; Puissance 20 Watt; Durée 20 sec ; Réseau d'adaptation 50- 50% ; Gaz 120 ; Flux de gaz 60 ; Point de fonctionnement 0,5) ;

2- Après application du plasma, les deux surfaces du moule à coller sont mises en contact. Une pression est exercée pour améliorer le contact entre les deux surfaces et améliorer ainsi le collage ;

3- L'ensemble est mis à l'étuve à 80°C pendant 4h.

Les deux parties du moule sont ainsi collées, moyennant quoi l'on obtient un moule 11 présentant une cavité interne 13 correspondant à la forme de l'objet à mouler (partie e) de la figure unique). b) Fabrication de la composition liquide polymérisable

La composition liquide polymérisable est préparée par la succession suivante d'opérations :

1- Mise en contact à température ambiante d'acide méthacrylique (2 mmol), de diméthacrylate d'éthylèneglycol (10 mmol), d'un amorceur de polymérisation

AiBN (azobisisobutyronitrile, 0,2 mmol) et d'un mélange méthanol/eau 4/1 (3 mL).

2- Transfert de la solution résultante dans un vial fermé par un septum puis élimination de l'oxygène de ladite solution par bullage d'argon pendant 4 minutes. c) Fabrication de l'objet en tant que tel

L'objet est préparé selon la succession d'opérations suivantes :

1- Introduction d'une aiguille 15 dans la partie supérieure du moule pour permettre l'évacuation de l'air, lorsque la composition polymérisable sera injectée (partie f) de la figure unique) ;

2- I nsertion de l'aiguille de la seringue 17 contenant la composition (qui vient juste d'être prélevée) dans la cavité interne 13 du moule suivie d'une injection lente de la solution pour éviter d'avoir un régime turbulent en sortie de l'aiguille et éviter la formation de bulles d'air sur les parois de la cavité interne (partie f) de la figure unique);

4- Retrait de l'aiguille 17 d'injection lorsque la cavité interne du moule est remplie et retrait de l'aiguille 15 permettant l'évacuation de l'air ;

5- Polymérisation et évaporation simultanée du solvant dans un four rotatif (Agilent Technologies, model GA), moyennant quoi l'on obtient un objet polymérisé 19 (partie g) de la figure unique) de dimensions plus réduites que celles de l'objet d'origine ;

6- Ouverture du moule en PDMS en deux parties pour retirer l'objet ainsi fabriqué.

L'objet obtenu présente les caractéristiques de l'objet ayant servi au moulage, dont les dimensions sont réduites mais proportionnelles aux dimensions de l'objet d'origine.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un objet moulé en un matériau organique polymérique comprenant successivement les étapes suivantes :

c) une étape de séchage, au sein dudit moule, de l'objet obtenu en b), caractérisé en ce que ledit moule, au moins lors de la mise en œuvre de l'étape c), est une enceinte fermée, dont les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en au moins un matériau apte à permettre l'évacuation des gaz produits de l'étape c) et éventuellement de l'étape b).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau élastomère.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau de la famille des polysiloxanes.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les parois formant frontière entre la cavité interne et l'extérieur du moule sont en un matériau de la famille des polydiméthylsiloxanes.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant l'étape a), une étape de préparation du moule de l'objet à fabriquer.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant l'étape a), une étape de préparation de la composition liquide polymérisable et/ou réticulable.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moule est une enceinte fermée pour la mise en œuvre de l'étape a) et/ou de l'étape b).