Development, characterization and fire retardant mechanism of layer-by-layer and plasma coatings

par Kadir Apaydin

Thèse de doctorat en Molécules et matière condensée

Sous la direction de Serge Bourbigot et de Maude Jimenez.

  • Titre traduit

    Développement, caractérisation et mécanisme de revêtements anti-feu élaborés par voie humide et par voie sèche


  • Résumé

    Les matériaux polymères sont utilisés dans de nombreux domaines tels que l'automobile, la construction,...etc. Comme tout polymère organiques, ils sont inflammables et doivent donc être modifiés afin d'éviter ou de retarder le départ d’un incendie. L’incorporation d’une large quantité de retardateurs de flammes dans le « cœur » du polymère est la principale voie pour ignifuger un polymère. Cette voie présente des inconvénients tels que le coût élevé, la dégradation des propriétés mécaniques. Dans ce travail de thèse, de nouveaux revêtements anti-feu ont été élaborés par l’utilisation de deux approches innovantes et originales: la méthode dite « couche par couche » (LbL) et la technologie plasma. Dans un premier temps, de nombreux revêtements anti-feu ont été développés par LbL afin d'améliorer la réaction au feu de divers substrats : tissus de polyester et de polyamide 6.6, film de polyamide 6. Déposé sur un film de polyamide 6, le revêtement anti-feu à base de poly(allylamine) et montmorillonite (PAH-MMT) présente d’excellentes propriétés au feu. Il permet de réduire la quantité de chaleur (-74%) libérée lors du test au cône calorimètre. Le mécanisme d’action de ces revêtements, en termes de résistance au feu, a été étudié. Dans la deuxième partie, un revêtement anti-feu à base de phosphore et de silicium a été développé par plasma. Ces revêtements ont été caractérisés et testés sur des films de polyamide 6 (PA6) et de polycarbonate (PC). Ce revêtement permet d’augmenter considérablement le temps d'ignition du PA6 et du PC. Finalement, nous avons scrupuleusement étudié le mécanisme d’action, en termes de résistance au feu, de ces revêtements appliqués sur polycarbonate.


  • Résumé

    Polymeric materials are used in many fields such as automotive, building and textile. As all organic materials, they are inherently flammable and therefore need to be modified to prevent or delay fire departure. Incorporation of significant amount of flame retardant additives is currently the main solution to fire-retard polymers. Nevertheless, this approach exhibits some limitations such as high cost, low processability and degradation of the mechanical properties. In this PhD thesis, new flame retardant coatings were developed by using two innovative and original surface treatment approaches: Layer-by-Layer (LbL) and atmospheric plasma technologies. On one hand, several hybrid LbL-flame retardant coatings were developed in order to improve the fire properties of various substrates such as polyester, polyamide 6.6 fabrics and thin polyamide 6 films. A poly(allylamine) and montmorillonite (PAH-MMT) based coating deposited onto polyamide 6 film particularly exhibits fire results as it significantly reduces the amount of fuels (-74%) released during the cone calorimeter test. The mechanism of action of this coating in term of fire retardancy was thus investigated. In the other hand, an organophosphorus silane based coating was designed by means of atmospheric plasma technology, fully characterized and tested to fire when applied on thin polymer films. This coating significantly delays the time to ignition of polyamide 6 and polycarbonate films. Finally, we carefully investigated the mechanism of action, in term of fire retardancy, of this coating applied on polycarbonate.

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