Développement et caractérisation de systèmes intumescents retardateurs de flamme pour polypropylènes recyclés issus des véhicules usagés

Development and characterization of intumescent flame retardant system for recycled polypropylenes coming from end-of-life cars

• Auteur / Autrice : Damien Delaval
• Direction : Michel Traisnel, Serge Bourbigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 13/03/2009
• 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

Intumescence (chimie)

Additifs

Ignifugation

Transfert de chaleur

Essais de comportement au feu

Éthylèneglycol

Huiles lubrifiantes

Effets de la pollution

Automobiles -- Pare-chocs

Propriétés mécaniques

Polypropylène

Mots clés libres

Polyphosphate d'ammonium

Borate de zinc

Résumé

Un des objectifs de ces travaux a été d’évaluer l’effet du recyclage et de polluants (huile moteur (HM) et éthylène glycol (EG)) sur les propriétés d’usage de polypropylènes chocs issus de véhicules usagés. Le recyclage (ici limité à six cycles d’extrusion) n’entraîne pas de modification significative des propriétés mécaniques. L’étude de la cinétique de cristallisation des polymères pollués a montré que l’EG retarde la cristallisation du copolymère. La cinétique de dégradation a permis de simuler et de quantifier les différentes étapes de dégradation des matériaux. Le comportement au feu des polymères est par ailleurs amélioré de manière significative après recyclage et en présence des polluants, particulièrement dans le cas de la pollution à l’HM. Le deuxième axe de l’étude a été consacré à l’ignifugation des matériaux par des systèmes intumescents (formulation à base de polyphosphate d’ammonium (APP) avec et sans agent de synergie (borate de zinc (ZB))). Dans tous les cas les matériaux recyclés et pollués présentent des performances satisfaisantes. Nous avons montré que l’efficacité du char intumescent est gouvernée par sa vitesse de formation et par sa conductivité thermique qui sont influencées positivement par la pollution (avec APP/ZB) et le recyclage (avec APP) (augmentation de la vitesse et diminution de la conductivité thermique). La caractérisation chimique des structures qui se développent dans des conditions de combustion montre la formation d’une structure phosphocarbonée contenant des polyaromatiques, des pyrophosphates et de l’acide phosphorique ainsi que, dans le cas du ZB, des borophosphates (sa formation permet de renforcer la structure intumescente).

The impact of recycling and pollutants (engine oil (EO) and ethylene glycol (EG)) on the intrinsic properties of polypropylene-based materials coming from end-of-life cars was investigated. Recycling (limited here to six extrusion cycles) is not detrimental to the mechanical properties of the polymeric matrices. The crystallization kinetics study realized on the polluted polymers showed that the presence of EG delays crystallization. The degradation kinetics allowed to simulate and quantify the different degradation steps of the materials. Pollutants and recycling also lead to an improvement of the reaction to fire of our copolymer, especially in the case of EO-containing samples. The second part of the work was devoted to the study of the flame retardant properties of our materials provided by ammonium polyphosphate (APP) with or without zinc borate (ZB) (synergistic agent)). In all cases recycled and polluted materials show satisfying performances. It was found that the efficiency of the protective barrier provided by the char is governed by the rapidity of its formation and its thermal conductivity which are positively influenced by EO (with APP/ZB) and recycling (with APP) (increase of the formation rate and decrease of the conductivity). Chemical characterization of the structures formed in a fire scenario reveals the formation of a phosphocarboneous structure containing polyaromatics, pyrophosphates and phosphoric acid and when zinc borate is used, borophosphates which can reinforce the intumescent structure.