Intumescent coatings as a route to flame retarded epoxy resin

• Auteur / Autrice : Maude Jimenez
• Direction : Serge Bourbigot, Sophie Duquesne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Structure et dynamique des systèmes réactifs
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse en composantes principales

Résonance magnétique nucléaire

Thermogravimétrie

Acide borique

Essais de comportement au feu

Métaux -- Revêtements protecteurs

Résines époxydes

Ignifugeants

Intumescence (chimie)

Mots clés libres

Polyphosphates d'ammonium

Résumé

Cette étude concerne une peinture intumescente à base d'une résine époxyde destinée à protéger l'acier des plateformes offshore en cas de feu d'explosion. Le phénomène d'intumescence est assuré par deux principaux additifs : l'acide borique et un dérivé de polyphosphate d'ammonium. En première partie, l'étude du mécanisme de dégradation, des caractéristiques viscoélastiques et du comportement au feu de la peinture permet d'appréhender le mode de protection au feu de ces deux additifs et de comprendre leurs interactions. Il a été montré que l'adhérence à l'acier et la bonne tenue mécanique des résidus charbonnés sont principalement assurés par du borophosphate, créé par réaction entre les produits de dégradation des additifs. La cohésion du bouclier intumescent est assurée par l'ajout de silicates, permettant la formation d'une couche supérieure résistant à de fortes contraintes. La seconde partie est consacrée à la prédiction du comportement au feu de formulations intumescentes, le but étant de parvenir à optimiser rapidement via des analyses de laboratoire la formulation de référence. Une approche statistique a montré que les mesures rhéologiques sont parfaitement corrélées aux résultats obtenus durant les simulations large échelle. Ces tests ne permettant cependant pas d'obtenir des profils temps température directement corrélables aux tests feu industriels, un test laboratoire a été développé, qui permet d'évaluer et de simuler l'effet barrière thermique des formulations. Cet ensemble de tests a permis de nombreux essais préliminaires d'optimisation de la formulation.

This study concerns an epoxy based intumescent coating, applied on offshore platforms. It has to ensure protection of steel in case of “jet fires”. Two main fire retardants provide this intumescent effect: boric acid and a coated ammonium polyphosphate. In the first part of the thesis the mechanisms of thermal degradation, the visco-elastic behaviour of the formulation and its fire protective effect have been investigated. The results show that interactions exist between boric acid and the coated ammonium polyphosphate: their degradation products react together to yield borophosphate. Which provide good hardness of the carbonaceous residue and its adhesion to the steel plate. Mineral silicates provide the structural cohesion of the char, allowing the creation of a hard upper layer, which is crucial in jet fires, as the char has to resist into strong conditions. The second part is dedicated to the development of a panel of lab scale analyses which allow predicting the behaviour of a coating in a fire. The viscoelastic properties of the intumescent char are proven to be well correlated with those obtained at large scale, simulating hydrocarbon fire conditions. However, these tests do not predict the heat barrier effect of the coating. Moreover, a small scale test has been developed in order to simulate the time/temperature profiles of the investigated formulations. The results obtained are directly correlated with the large scale tests results. The combination of the different tests then allows preliminary testing of a numerous formulations in order to optimise the reference coating.