Développement de résines polyester insaturées ignifugées : caractérisation des performances feu/fumées et détermination des mécanismes de décomposition

Development of flame retardant unsaturated polyester resins : characterization of fire/smoke performance and determination of decomposition mechanisms

• Auteur / Autrice : Alexis Lemattre
• Direction : Christelle Delaite, Serge Bourbigot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Photochimie et d'Ingenierie Macromoleculaires (LPIM) - EA 4567
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Bourbigot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résines vinylesters

Gommes et résines synthétiques

Incendies -- Prévention

Ignifugeants

Composites

Mots clés libres

Résine polyester insaturée

Retardateur de flamme

Non halogène

Transport ferroviaire

Propriété physico-chimique

Composite

Feu/fumée

Mécanisme de décomposition

Unsaturated polyester resin

Flame retardant

Non-halogen

Rail transportation

Physico-chemical property

Composite

Fire/smoke

Decomposition mechanism

Résumé

Depuis des années, les marchés des résines polyester insaturées (UP) et des composites sont en pleine expansion. En effet, grâce à la versatilité de leurs structures chimiques, les résines UP offrent un éventail de propriétés physico-chimiques et mécaniques pour le matériau final. Ces caractéristiques ainsi que leur bon rapport performance / prix expliquent l’engouement des industriels pour leur utilisation dans les composites et « gels coat » dans les domaines du bâtiment et du transport. Cependant, ces résines sont inflammables et présentent donc un risque pour leurs utilisations dans les domaines d’application accueillant des personnes. Les réglementations européennes imposent par conséquent une amélioration des propriétés feu/fumées de ces résines. La norme européenne EN45545-2 entrée en application en 2018 a pour but d’unifier les différentes normes nationales et de diminuer le risque d’incendie dans les transports ferroviaires. Les résines UP halogénées actuellement sur le marché produisent des quantités de fumées opaques et toxiques importantes. Les objectifs de ces travaux ont donc été de synthétiser et/ou d’additiver de nouvelles résines UP non halogénées et fluides possédant une tenue au feu comparable à celle des résines halogénées. La combinaison de résines UP modifiées et de retardateur de flamme (RF) additifs a été étudiée et optimisée. L’utilisation à la fois d’un RF réactif et d’un RF additif possédant un effet de synergie a permis de répondre au cahier de charges défini par le partenaire industriel. Cette résine a permis d’améliorer les performances feu/fumées du matériau composite sans impacter ses propriétés physico-chimiques et mécaniques.

For many years, unsaturated polyester (UP) resins and composites markets are growing. Indeed, the wide range of UP resins gives a large physico-chemical and mechanical properties to composites. These properties and the good performance / price ratio explain the market growth of these resins in industrial applications like composites or gel coats for transportation and construction. However, UP resin exhibit low flammability and the enhancement of their fire behaviour is needed to meet the legislation and to protect goods and people. Since 2018, the European legislation for fire protection used in railway applications (EN45545-2) has strengthened and been harmonized. Smoke opacity and toxicity are the main issue of halogenated unsaturated polyester resins currently used on this market. The aims of this study were thus to develop and formulate new halogen-free and low viscosity UP resins presenting good flame retardant properties. A synergist mixture of reactive and additive flame retardants (FR) was found to be the solution to substitute brominated UP resins and meet the industrial specifications. Finally, the use of such a resin enables developing flame retardant composites without affecting their physico-chemical and mechanical properties.