Recent commercial developments have created a need for alternative materials and methods for imparting oil/grease resistance to paper and/or paperboard used in packaging. The performance of a novel grease resistant functional coating comprised of polyvinyl alcohol (PVA), sodium tetraborate pentahydrate (borate) and acetonedicarboxylic acid (ACDA) and the application of said coating by means of flexographic press is presented herein. Application criteria is developed, testing procedures described, and performance assessment of the developed coating materials are made. SEM images along with contact angle data suggest that coating performance is probably attributable to decreased mean pore size in conjunction with a slightly increased surface contact angle facilitated by crosslinking of PVA molecules by both borate ions and ACDA.

L'objectif du projet ITER est de démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire à des fins énergétiques. Pour obtenir les réactions de fusion, un plasma chauffé à 150 millions de degrés doit être confiné par un champ magnétique de plusieurs teslas en quasi-continu. Pour obtenir ces températures, des antennes radiofréquences (RF) injectent des ondes électromagnétiques de forte puissance dans le plasma, en particulier entre 40 et 55 MHz aux fréquences de résonance cyclotron des ions. L'assemblage et la dilatation thermique en fonctionnement de ces antennes sont rendus possibles par des contacts électriques glissants. Ces contacts doivent supporter un courant RF crête de 2.25 kA en régime stationnaire, dans un environnement sous vide et pendant toute la durée de fonctionnement de l'antenne. De plus, les matériaux de ces contacts doivent être compatibles avec la température de 250°C utilisée pour l'étuvage de la machine pendant plusieurs milliers d'heures cumulées. Ces contacts RF sont donc des composants critiques pour les performances de l'antenne. Aucun contact électrique du commerce n'a jusqu'à présent été qualifié pour ces spécifications et un effort particulier a donc été porté dans le cadre de ce travail de thèse afin de développer une solution satisfaisante. Le choix des matériaux et des revêtements utilisés pour ces contacts a fait l'objet de la première partie de cette étude. Pour ce faire, un modèle multi-physique tenant compte des paramètres RF, mécaniques et thermiques a été développé. À la suite de cette étude, des premiers couples de matériaux et de revêtements ont été sélectionnés. Les propriétés d'échantillons représentatifs ont été caractérisées par des mesures réalisées au laboratoire CIRIMAT avant et après un vieillissement thermique simulé. Afin d'évaluer le comportement électrique et tribologique de ces paires de matériaux dans les conditions de fonctionnement d'ITER, un tribomètre sous vide a été spécifiquement conçu et utilisé pendant ce travail de thèse.[...] / Ion Cyclotron Resonance Heating (ICRH) is one of the most important plasma heating methods in magnetically confined fusion experiments. In ITER, two ICRH antennas are designed to supply 20 MW of Radio-Frequency (RF) power at 40-55 MHz to heat the plasma. RF sliding contacts are used in the antennas to allow their remote handling assembly and to improve their maintainability, as well as to absorb the thermal expansion of the RF conductors during operations. One of the RF contacts is designed to be operated at 2.25 kA in steady-state (1200 s), with a current density of 4.8 kA/m. With such current levels, high heating occurs at the contact area which threatens the structural and material safety of the RF contacts and constrain their life time. In addition, before operation of the ITER ICRH antennas, all the in-vessel structures will be baked at 250°C during thousands of cumulated hours for outgassing. In CEA, R&D work on RF contact development has been carried out for 10 years. Recently, Ag-coated CuCrZr louvers RF contact prototype based on Multi-Contact LA-CUT commercial contact configuration was tested on TITAN test-bed. 1500 A, 1200 s steady-state operation was achieved. However, due to burn failure, the RF contact prototype couldn't reach 1200 s steady-state under 2 kA as expected. In order to improve the performances of the RF sliding contacts to match ITER requirements, failure mechanisms of RF contacts during RF operations were analyzed and possible materials or coated systems that can be used for RF sliding contacts compatible with the ITER environment have been studied in detail within this thesis work. The effects of material selection, cooling parameter and contact resistance on louvers temperature have been modelled and simulated through finite element methods. Moreover, functional coatings like Ag, Au, Rh and their alloys were manufactured by electroplating on 316L and CuCrZr, which are commonly used as base materials on tokamak. By mimicking the ITER baking conditions, the coated samples were thermal aged under vacuum at 250ºC for 500 h, after which the materials properties evolution such as hardness, grain size and adherence was characterized. In addition, the coating life time has been evaluated through cross-sectional diffusion characterizations.[...]

En funktionsbeläggning består av ett polymert material som beläggs till en textil yta. Denna typ av beläggning används för funktionsplagg och det belagda materialet har som uppgift att skydda användaren från vatten samtidigt som den har god ånggenomsläpplighet. För att tvärbinda funktionsbeläggningen och öka dess hållfasthet appliceras ett översta skikt av polymer som kallas topcoat. En topcoat innehåller tvärbindande ämnen som till exempel isocyanater eller formaldehyd. Dessa ämnen är mycket miljö- och hälsoskadliga. Denna studie har genomförts i syfte att undersöka möjligheten till en reducering av mängden topcoat och därmed minskning av skadliga kemikalier, i en funktionsbeläggning. En mikroporös polyuretanbeläggning applicerades på en polyesterväv med valsrakling. Därefter belades två vattenbaserade topcoats innehållande olika tvärbindare: en med formaldehyd och en med isocyanater, genom luftrakling. Genom att späda den ena topcoaten med olika mängd vatten, variera lutningen av beläggningskniven och ändra knivens tryck mot väven vid beläggning utvecklades sex olika material. Väven med beläggning och olika variation av topcoat testades sedan med avseende på kvalitet. Tester av materialens vattentäthet, ånggenomsläpplighet och nöthållfasthet utfördes. Mängden applicerad topcoat undersöktes genom areaviktoch tjockleksmätning. De belagda ytorna granskades i mikroskop för att analysera eventuella variationer mellan materialen. De belagda materialen var inte vattentäta (<100 cm vattenpelare). Studien visar dock att materialet belagt med en formaldehydbaserad topcoat som spätts med 68 % vatten visar statistiskt säkerställt högre medelvärde i vattentäthetstestet, jämfört med det material som belagts på samma vis men med den ospädda varianten av samma topcoat. Resultaten från areavikts- samt tjockleksmätningen visade inte med säkerhet om vinkeln på knivens lutning eller dess tryck mot väven hade någon påverkan på mängden topcoat som belades. Alla material med de spädda varianterna av topcoat visade god ånggenomsläpplighet, vilken också förbättrades avsevärt efter tvätt samtidigt som materialens vattentäthet inte försämrades i samma skala. Detta resultat är mycket intressant då bibehållen vattentäthet i kombination med god ånggenomsläpplighet efter tvätt är en viktig egenskap för funktionsbeläggningar. Slutledningsvis visar resultaten på möjligheter i att späda topcoaten innan applicering och därigenom uppnå intressanta materialegenskaper i kombination med minskad kemikalieanvändning. Vidare undersökningar krävs dock för att säkerställa eftersträvad vattentät funktion.

<p>Micro- and nanoparticles (MNP) attract much attention owing to their unique properties, structural tunability, and wide range of practical applications. To deposit these important materials on surfaces for generating functional coatings, a variety of special delivery systems and coating/printing techniques have been explored. Herein, spray coating technique is a promising candidate to advance the field of nanotechnology due to its low-cost, high-deposition rate, manufacturing flexibility, and compatibility with roll-to-roll processing. Despite great advances, direct scalable spray writing of functional materials at high-spatial resolution through fine patterning without a need of vacuum and mask equipment still remains challenging. Addressing these limitations requires the development of efficient spray deposition techniques and novel manufacturing approaches to effectively fabricate functional coatings. To this end, this dissertation employs three different spray coating methods of (1) cold spray; (2) atomization-assisted supersonic spray, and (3) dual velocity regime spray to address the aforementioned limitations. A comprehensive set of coating materials, design principles, and operational settings for each spray system are tailored for rapid, direct, and sustainable deposition of MNP on various substrates. Besides, through the two-phase flow modeling, droplets dispersion and deposition characteristics were investigated under both subsonic and supersonic flow conditions to uncover the process-structure-property relationships of the established spray systems. Moreover, novel spray-based manufacturing approaches are developed to fabricate functional coatings in various applications, including (i) functional polymer metallization, (ii) printed flexible electronics, (iii) advanced thin-film nanocoating, (iv) laser direct writing, and (v) electronic textiles.</p>