Précurseurs époxy-anhydride dérivés d'acide abiétique et d'huiles végétales pour la conception de revêtements aéronautiques aux propriétés anticorrosives

Epoxy-anhydride precursors derived from abietic acid and vegetable oils for the design of aeronautical coatings with anticorrosive properties

• Auteur / Autrice : Marie Klein
• Direction : Henri Cramail
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Polymères
• Date : Soutenance le 06/03/2025
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie des Polymères Organiques (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Alice Mija
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Fabre-Francke
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Delaite, Sylvain Caillol
• DOI : 10.70675/20fd2acez980dz43a0zab07z848b39c8ae03

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diterpènes

Époxydes

Aéronautique

Matériaux

Mots clés libres

Acide abiétique

Thermodurcissable

Époxy

Revêtement

Anticorrosif

Aéronautique

Abietic acid

Thermosets

Epoxy

Coating

Anticorrosive

Aeronautic

Résumé

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse de nouveaux précurseurs biosourcés époxyanhydride dérivés de l’acide abiétique et d’huiles végétales, pour l’élaboration de revêtements de pièces aéronautiques aux propriétés anticorrosives. Ils s’inscrivent dans une démarche de décarbonation de l’industrie aéronautique et de substitution des matières premières visées par le règlement Européen REACH (e.g. Bisphénol A, Chrome). Les précurseurs étudiés sont des molécules pluri-fonctionnelles, portant à la fois une fonction époxy et une fonction anhydride, pour entrer dans la composition de matériaux thermodurcissables. Leur synthèse repose sur le couplage de l’acide abiétique avec une amine grasse insaturée, via une réaction d’amidification. Une fonction anhydride est ensuite introduite sur le tricycle abiétique par réaction de Diels-Alder avec l’anhydride maléique, puis l’insaturation de la chaîne grasse est époxydée en présence d’un peracide. Les précurseurs époxy-anhydride ainsi obtenus sont stables à température ambiante, et leur auto-polymérisation peut être amorcée à haute température (> 140 °C) en présence de quantités catalytiques d’amines tertiaires. Leur réaction de réticulation avec des co-réactifs pluri-époxy commerciaux, dérivés du glycérol, de la vanilline ou d’huiles végétales (soja, cardanol), a permis d’obtenir une série de nouveaux matériaux thermodurcissables dont les propriétés thermo-mécaniques ont été évaluées. Enfin, ces compositions ont été utilisées pour l’enduction de plaques en alliage d’aluminium afin d’évaluer leur pouvoir anticorrosif lors d’une exposition à un brouillard salin, et donc leur potentiel en tant que revêtements protecteurs de pièces métalliques. Certaines formulations se révèlent très performantes sur des échelles de temps conformes aux exigences du secteur aéronautique et ouvrent la voie à une substitution des traitements actuels par des solutions plus durables et respectueuses de l’environnement.

This PhD work focuses on the synthesis of new biosourced epoxy-anhydride precursors derived from abietic acid and vegetable oils, for the development of anticorrosive coatings for aeronautic pieces. They are part of an initiative to decarbonize the aerospace industry and replace raw materials targeted by the European REACH regulation (e.g. Bisphenol A, Chromium). The studied precursors are multifunctional molecules, bearing both epoxy and anhydride functions to obtain thermosetting materials. Their synthesis is based on the coupling of abietic acid with an unsaturated fatty amine via an amidation reaction. An anhydride function is then introduced onto the abietic tricycle by a Diels-Alder reaction with maleic anhydride, followed by the epoxidation of the fatty chain’s unsaturation using a peracid. The resulting epoxy-anhydride precursors are stable at room temperature and their selfpolymerisation can be initiated at high temperatures (T > 140°C) in the presence of catalytic amounts of tertiary amines. Their crosslinking reaction with commercial polyepoxy co-reagents, derived from glycerol, vanilline or vegetable oils (soja, cardanol), resulted in a series of new thermosetting materials, whose thermo-mechanical properties were evaluated. Finally, these formulations were used to coat aluminium alloy plates in order to assess their anticorrosive properties under salt spray exposure, and consequently their potential as protective coatings for metallic parts. Some of them proved to be highly efficient over timeframes compliant with aeronautic standards, paving the way for the replacement of current treatments with more sustainable and environmentally friendly solutions.