Revêtements auto-stratifiants ignifugeants pour plastiques

Self-stratifying flame retardant coatings for plastics

• Auteur / Autrice : Agnès Beaugendre
• Direction : Maude Jimenez, Mathilde Casetta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des Matériaux
• Date : Soutenance le 29/11/2017
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ignifugation

Oxydes de fer

Fluoropolymères

Silicones

Thermoplastiques

Polycarbonates

Mots clés libres

Revêtements auto-Stratifiants

Résumé

L’objectif de ce travail de thèse consiste à élaborer des revêtements auto-stratifiants pour ignifuger du polycarbonate (PC). La nouveauté réside dans le développement de procédés répondant intelligemment aux enjeux écologiques et économiques actuels. Deux revêtements à base d’une résine thermodurcissable (époxyde) et thermoplastique (silicone, fluoropolymère) ont été développés. Une stratification parfaite a été observée par différentes techniques d’analyses, pour des épaisseurs inférieures à 130µm. L’influence du solvant, de l’agent durcisseur, des conditions de séchage, des agents ignifugeants et de leur phase d’incorporation a été étudiée. Finalement, un système dilué dans un mélange acétate de butyle : xylène (1:1) offre les meilleures propriétés (stratification, adhésion, aspect esthétique), avec la résine thermoplastique constituant la partie supérieure du film. De plus, l’ajout d’additifs (oxyde de fer, carbonate de calcium et deux additifs phosphorés) jusqu’à 10% en masse n’influence pas la stratification. L’oxyde de fer s’est révèlé être le meilleur candidat, conservant les propriétés du film et améliorant sa tenue au feu et au vieillissement (température, UV, humidité). En augmentant la stabilité thermique de la résine silicone, il réduit la combustibilité et l’inflammabilité du PC revêtu. Aussi, bien qu’il catalyse la dégradation de la résine fluorée, la propagation de flammes et l’apparition de gouttes enflammées est inhibée. La formation d’une couche protectrice limitant les transferts de masse entre le substrat et la flamme est ainsi valorisée. Une bonne résistance au vieillissement a été évaluée en termes de propriétés feu, de surface et d’adhésion.

This PhD work is a proof of concept on the design of flame retardant (FR) self-stratifying coatings for polycarbonate (PC). This one pot process allows an eco- and smart-development of new products while reducing cost, processing time and solvent emission. In this work, two original self-layering coatings based on epoxy /silicone and /fluoropolymer blends were developed. Their perfect stratification was evidenced using different techniques, in a thickness range up to 130 µm. The influence of solvents characteristics, hardener, curing conditions, fillers and their incorporation phase was studied. Finally, the system diluted in butylacetate: xylene (1:1) leads to the best layering and adhesion, with the thermoplastic phase located on the top of the film. The FR fillers tested (iron oxide, calcium carbonate and two phosphorus based additives) do not affect the layering when introduced up to 10 wt.%. However, visual appearance and adhesion are strongly dependent on the solvent used. The best improvements in terms of FR properties, adhesion and weatherability (temperature, UV, humidity) were obtained by adding micrometric Fe2O3 particles: it allows the formation of a protective barrier which limits substrate/flame mass transfers, and prevents from the yellowing of the system under UV. Although Fe2O3 catalyzes the thermal degradation of the fluorinated resin, the coating reduces flame spread, dripping and slightly promotes the formation of a char. When added to the silicone-based blend, the thermal stability is improved, which allows reducing the combustibility and ignitability of the coated PC. Finally, those properties are relatively maintained after 8 weeks of ageing.