Ageing of flame retarded polylactic acid
(Vieillissement d’acide polylactique ignifugé)

URL d'accès : https://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupve...

Auteur(s):  Lesaffre, Nicolas
Date de soutenance : 10/11/2016
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Anglais
Directeur(s) de thèse :  Jimenez, Maude ; Fontaine, Gaëlle
Laboratoire : Unité matériaux et transformation (UMET)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq)

Classification : Génie chimique, technologies alimentaires
Discipline : Molécules et matières condensée
Mots-clés : Retardateurs de flamme
Acide polylactique -- Essais de comportement au feu -- Détérioration
Ignifugeants -- Détérioration
Phtodégradation
Hydrolyse
Air -- Humidité

Résumé : Le but de ces recherches est d’étudier le vieillissement de l’acide polylactique (PLA) ignifugé. Trois vieillissement différents ont été étudiés i.e. température/ultra-violet (T/UV), température/humidité relative (T/RH) et température/ultra-violet/humidité relative (T/UV/RH). Afin de comprendre le rôle des retardateurs de flamme lors du vieillissement, l’étude de la dégradation du PLA vierge à tout d’abord été mené. Des méthodologies innovantes ont été développées et les propriétés physico-chimiques du polymère ont été caractérisées en fonction de la durée et du type d’exposition. Les mécanismes de dégradation dépendants du vieillissement (T/UV, T/RH et T/UV/RH) ont été élucidés et comparés à la littérature. L’influence des retardateurs de flamme (i.e. Mélamine, Polyphosphate d’ammonium et Cloisite 30B) lors du vieillissement des formulations ignifugées a ensuite été étudiée. Il a été prouvé que ces additifs ont une influence directe sur le vieillissement, au niveau des propriétés physico-chimiques et des mécanismes de dégradation. La masse molaire s’est révélée être cruciale dans la mesure où elle gouverne l’évolution des propriétés physico-chimiques du matériau durant le vieillissement, et donc sa durabilité. Sachant que le PLA est ignifugé par incorporation d’additifs retardateurs de flamme, il était primordial de comprendre l’effet du vieillissement sur ces additifs et donc leurs effets sur les propriétés feu du PLA. Il a ainsi été montré que les performances feu de ce matériau sont améliorées au cours du vieillissement, jusqu’à sa dégradation complète. Ces performances ont été corrélées avec l’évolution des propriétés physico-chimiques survenant au cours du vieillissement, présentant un rôle prépondérant sur la cinétique d’intumescence.


Résumé (anglais) : This work deals with the ageing of flame retarded (FR) Polylactic acid (PLA). The impact of three accelerated ageing conditions i.e. temperature/ultra-violet (T/UV), temperature/relative humidity (T/RH) and temperature/ultra-violet/relative humidity (T/UV/RH) was studied. In order to understand the role of fire retardant additives on ageing of flame retarded PLAs, the first study was focused on neat PLA. Innovative methodologies were developed, the change in physico-chemical properties of the polymer was characterized as a function of ageing exposure and ageing duration. Moreover, the mechanisms of degradation occurring during T/UV, T/RH and T/UV/RH exposure were elucidated and compared to the literature. Then, the influence of flame retardants (i.e. Melamine, Ammonium polyphosphate and Cloisite 30B) on the ageing behavior of FR-PLAs was investigated. FR fillers were evidenced to have a direct influence on physico-chemical properties and mechanisms of degradation of the material during ageing. The molecular mass was reported to be a crucial parameter, as it is related to the physico-chemical properties and thus to the durability of the material. The main goal of flame retardants is to improve the flammability of PLA thus the effect of ageing on the fire properties of PLA was determined. It is noteworthy that the fire properties of flame retarded PLA are improved during ageing, until the complete degradation of the materials. These surprising performances were found to be correlated to the change in physico-chemical properties which play a key role on the kinetics of intumescence.


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