Revêtements polymères sous contraintes environnementales couplées

Polymeric coatings under coupled environmental stresses

• Auteur / Autrice : Dang Dan Nguyen
• Direction : Sébastien Touzain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 21/12/2012
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Georges Olivier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Mallarino, Xavier Feaugas, Frédéric Jacquemin, Stéphane Marais
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Fayolle, Bernard Normand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Détérioration

Époxydes

Mots clés libres

Epoxy

Vieillissement hygrothermique

Contrainte visco-élastique

Synergie

Epoxy

Hygrothermal ageing

Visco-elastic stress

Synergy

Résumé

L'objectif de notre étude est de mettre en évidence les synergies existantes entre les différents facteurs de vieillissement lors de la dégradation d’un revêtement polymère modèle, représentatif d’une peinture anticorrosion.Notre travail a consisté à suivre le vieillissement hygrothermique du système DGEBA/TETA sous forme de film libre et de revêtement déposé sur substrat acier dans différentes solutions (eau pure et NaCl 3%) pour différentes températures et contraintes mécaniques visco-élastique appliquées. Nos résultats ont montré que le programme de cuisson affectait les propriétés physico-chimiques et mécaniques du système initial et que l’absorption d’eau, non homogène, suivait une loi non-Fickienne, suite à un phénomène de gonflement.La prise en eau et la diffusion ont été caractérisées par gravimétrie et spectroscopie d’impédance électrochimique. Nos résultats montrent que les propriétés barrière du revêtement diminuent avec la quantité d’eau absorbée et avec la température de vieillissement. Cependant, la contrainte plane appliquée sur le système tend à contrarier cet effet. La formalisation de nos observations expérimentales dans le cadre d’une approche thermodynamique a montré l’effet prépondérant de la partie entropique par rapport à la partie enthalpique de l’énergie d’activation des processus de transport de l’eau, en raison de l’orientation des chaînes sous l’action de la contrainte. De plus, une diminution de la permittivité relative du revêtement sec a été observée en fonction de la température et de la contrainte appliquée, indépendamment de son signe (tension ou compression). Dans ce cas, la contribution enthalpique semble être prépondérante.

The objective of this study is to highlight synergies existing between different ageing factors during the degradation of a polymer model coating system, representing an anti-corrosion coating.We first monitored the hygrothermal ageing of DGEBA/TETA system as free films and as attached films onto a steel substrate in different solutions (water and NaCl 3wt% solution) for different temperatures and applied mechanical visco-elastic stresses. Our results showed that the curing programs affected the physic-chemical and mechanical properties of the cured systems and that the non-homogeneous water uptake process followed a non-Fickian law, due to a swelling phenomenon.The water uptake and diffusion were characterized by gravimetry and electrochemical impedance spectroscopy. The results indicate that the barrier properties of the coating decrease with the quantity of absorbed water in system and with the increasing of the ageing temperature. However, the planar stress applied onto the system tends to counteract this effect. The formalization of our experimental observations within a thermodynamic approach showed the predominant effect of the entropic part in comparison with enthalpic part of the activation energy of the water uptake process, due to the reorientation of polymer chains under the applied stress. In addition, a decrease in the relative permittivity of the initial dry coating was observed as a function of the temperature and the applied stress, regardless of its sign (tension and compression). In this case, the enthalpic contribution seems to be predominant.