Élaboration de plastifiants ignifugeants à base de dérivés lipidiques pour formulations PVC

par Maëva Bocqué

Thèse de doctorat en Matériaux polymères

Sous la direction de Philippe Cassagnau et de Vincent Lapinte.

Soutenue le 25-11-2015

à Lyon 1 , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec IMP - Ingénierie des Matériaux Polymères UMR 5223 ( Rhône-Alpes) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Jacques Robin.

Le jury était composé de Philippe Cassagnau, Sophie Sambou.

Les rapporteurs étaient Christelle Delaite, Laurence Lecamp.


  • Résumé

    E PVC est l'un des polymères les plus employés dans les matériaux actuels et l'adjonction de plastifiants permet de modifier ses propriétés (température de transition vitreuse, module…) permettant ainsi l'utilisation de ce polymères dans des applications où de la souplesse est requise (textiles enduits, par exemple). Actuellement, les phtalates sont les plastifiants les plus utilisés même s'ils sont de plus en plus décriés du fait de leur toxicité. Le développement de nouveaux agents plastifiants est un domaine de recherches intenses et les matières premières bio-sourcées s'avèrent être une alternative intéressante aux plastifiants pétro-sourcés. Le travail de cette thèse se propose d'investiguer le développement de plastifiants du PVC bio-sourcés de type lipidique possédant de surcroit des propriétés ignifugeantes évitant ainsi l'ajout d'additifs supplémentaires dans les formulations de PVC devant résister au feu. Dans un premier temps, l'oléate, le linoléate de méthyle et le diacide (D18 : 1) ont été fonctionnalisés par modification chimique de leurs groupements ester et/ou de leurs insaturations pour mener à des dérivés lipidiques phosphorés. Cinq candidats plastifiants bio-sourcés ont ainsi pu être synthétisés et le scale up de la synthèse de l'un des candidats à l'échelle du kilogramme a pu être réalisé dans le cadre de cette thèse. Dans un deuxième temps, des tests de plastification du PVC avec divers candidats ont été réalisés en collaboration avec la société Serge FERRARI. L'étude des propriétés thermiques, mécaniques et thermomécaniques des films de PVC plastifiés obtenus, comparativement au plastifiant phtalate DINP et au plastifiant bio-sourcé commercial RADIA 7295, a permis d'éliminer différents candidats pour n'en finalement retenir que deux. Des profils de dégradation thermique satisfaisants, des basses valeurs de Tg, des allongements à la rupture importants (320 et 365 % respectivement) et proches de ceux obtenus avec le DINP, ont confirmé l'efficacité plastifiante de ces deux composés phosphorés bio-sourcés. Les tests au feu LOI et au cône calorimètre ont également prouvé le caractère ignifugeant de ces deux composés qui conduisent à des résultats du même ordre de grandeur que ceux atteints avec le plastifiant phosphonate commercial de référence S141

  • Titre traduit

    Elaboration of lipidic flame retardant plasticizers for PVC


  • Résumé

    Poly(vinyl chloride) is one of the most manufactured and consumed thermoplastics in the world. The addition of plasticizers allows modifying its properties (glass transition temperature, modulus…) and then to use this polymer for applications where flexibility is needed (coated textiles, for instance). Nowadays, phthalates are the main candidates for PVC even if they have been more and more controversed due to their possible toxicity. To substitute these petro-based plasticizers, researches are focused on alternative plasticizers based on bio-based raw materials. This PhD work proposes to investigate the development of new bio-based plasticizers for PVC, from lipidic derivatives, and having simultaneously flame retardant properties, avoiding the addition of any other additives in PVC during compounding. In the first part, methyl oleate, methyl linoleate and diacid D18 : 1 have been functionalized by modification of their ester groups and/or their doubles bonds to give phosphorylated lipidic derivatives. Thus, five bio-based plasticizers have been synthesized and the synthesis of one candidate on the scale of the kilogram has been successfully performed during this PhD work. Secondly, the plasticizing efficiency of several candidates with PVC has been evaluated in collaboration an industrial company. Thermal, mechanical and thermomechanical properties of the obtained soft PVC films were studied, in comparison with those obtained with the phthalate plasticizer DINP and the commercial bio-based plasticizer RADIA 7295. These analyses allowed the disposal of some of the bio-based plasticizers to finally keep only two candidates. Satisfying thermal degradation profiles, low Tg, and important elongation at break values (320 % and 365 % respectively) close to those obtained with DINP, confirmed the plasticizing efficiency of these two bio-based phosphorylated plasticizers. Fire tests like the LOI test and the cone calorimeter also proved the flame retardant properties of these two candidates, leading to similar results than the ones reached with the phosphonate plasticizer S141



Le texte intégral de cette thèse sera accessible sur intranet à partir du 25-11-2020

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