Polylactides stéréocomplexés et ignifugés : élaboration par extrusion réactive et caractérisations

Flame retarded and stereocomplexed polylactides : reactive extrusion processing and characterization

• Auteur / Autrice : Antoine Gallos
• Direction : Serge Bourbigot, Gaëlle Fontaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et Matière Condensée
• Date : Soutenance le 06/12/2011
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés thermiques

Schistes argileux

Nanotubes

Intumescence (chimie)

Polymères ignifuges

Composites polymères

Stéréoisomères

Extrusion

Essais de comportement au feu

Acide polylactique

Mots clés libres

Montmorillonite

Résumé

Ces travaux ont pour objectif d’améliorer les propriétés physico-chimiques et la réaction au feu du polylactide pour des applications durables. Le manuscrit commence par un état de l’art des propriétés et des méthodes d’ignifugation du polylactide. Ensuite, un procédé par extrusion réactive a été développé et optimisé pour la polymérisation de différents polylactides, stéréocomplexés ou non, à partir des isomères L et D du lactide. Le polylactide stéréocomplexe multibloc ainsi obtenu possède des propriétés supérieures à celles du polylactide commercial (température de fusion et taux de cristallinité augmentés), mais une stabilité thermique plus faible à cause de la présence du catalyseur de polymérisation résiduel. Le protocole d’extrusion réactive est ensuite modifié afin d’améliorer la stabilité thermique des polylactides et de former des nanocomposites. L’ajout d’un ligand (α tropolone) pour désactiver le catalyseur de polymérisation résiduel améliore la stabilité thermique. Les polylactides chargés en nanotubes de carbone montrent une faible amélioration de leur réaction au feu. De ce fait, des polylactides intumescents ont été élaborés en combinant des retardateurs de flamme conventionnels (polyphosphate d’ammonium et mélamine) avec des nanoparticules (argile organomodifiée). La réaction au feu des polylactides intumescents est fortement améliorée, en particulier avec l’ajout d’argile organomodifiée. Un mécanisme réactionnel expliquant la synergie se produisant entre l’argile organomodifiée et les retardateurs de flamme est proposé.

The aim of this work is to enhance the physical and chemical properties and the fire reaction of polylactides for durable applications. A state of the art first reviews the properties and fire retardancy of polylactide. Then, a reactive extrusion process to polymerize L and D lactides monomers into various polylactides, including stereocomplexes polylactides (PLA), has been developed and optimized. The multibloc stereocomplexed polylactide shows enhanced properties compared to commercial PLA (increased fusion temperature and crystallinity rate), but less thermal stability due to residual catalyst of polymerization. Reactive extrusion process is thereafter updated in order to enhance thermal stability and to make PLA nanocomposites. The thermal stability is increased by catalyst deactivation with a ligand (α-tropolon). The polylactides filled with carbon nanotubes exhibit slight improvement in terms of fire retardancy. To overcome this issue, intumescent polylactides have been processed by combination of conventional fire retardants (ammonium polyphosphate and melamine) and nanofillers (organoclay). The fire retardancy of these materials is dramatically enhanced, especially when organoclay is used as synergist. A mechanism of action explaining synergy between fire retardant and organoclay is then proposed.