Etude de la durabilité d'un primaire epoxy anticorrosion : rôle de l'interphase polymère/métal et conséquence sur l'adhérence

Study of the durability of anticorrosion epoxy primer : raie of the interphase polymer/metal and consequence on adhesion

• Auteur / Autrice : Thi Hai Yen Quach
• Direction : Jean-François Chailan, Thi My Linh Tran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physicochimie des polymères
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulon en cotutelle avec Université nationale du Vietnam
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matériaux Polymères Interfaces Environnement Marin (MAPIEM). EA 4323 (Toulon)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université du Sud Toulon-Var. UFR de Sciences et Techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hygrothermoélasticité

Durée de vie (ingénierie)

Matériaux résistant à la corrosion

Matériaux organiques

Revêtements

Époxydes

Résumé

La durabilité des revêtements organiques constitue une problématique industrielle et scientifique importante. La durée de vie d'un revêtement dépend en grande partie de son adhérence sur son substrat. L'objectif de ce travail consiste à comprendre les phénomènes d'interphase et d'adhérence entre un revêtement anticorrosion et un substrat métallique. Nous chercherons également à valider des traceurs de la dégradation du revêtement et du développement d'une délamination et/ou d'une corrosion à l'interface métallique. Ce travail expérimental est mené, à la fois, sur un revêtement non-chargé, dont on fait varier la stœchiométrie, et sur un primaire anticorrosion commercial. Tout deux sont formés par le même liant polymère DGEBA- Polyamidoamine. Le revêtement anticorrosion incorpore dans sa formulation un terpolymère vinylique ainsi que deux pigments anticorrosion : l'oxyde de fer et le phosphate de zinc. Le talc constitue sa charge principale. Différentes méthodes sont employées pour caractériser l'interphase des systèmes DGEBA/ Polyamidoamine appliqués sur acier: l'infrarouge à transformée de Fourrier (IRTF), la micro analyse thermique (µTA) et une méthode basée sur des mesures de déflexion. Nous observons des différences de comportement entre les propriétés d'interphase et celles du revêtement massique. Les limites inhérentes à la méthode de caractérisation par les mesures de déflexion conduisent à une surestimation de l'épaisseur de l'interphase. Les caractérisations par 1R et par µT A ont perm is d'observer l'interphase à une échelle plus faible. Nous observons ainsi par IR une forte présence d'amine sur une épaisseur 40 µm correspondant à la zone d'interphase. Cet excès d'amine est également confirmé par les résultats de µTA qui montrent une diminution de la Tg du revêtement massique à proximité de l'interface métallique. Suite à un vieillissement hygrothermique cyclique, on observe la disparition de la zone d'interphase. Par ailleurs, une étude en spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) permet de suivre les évolutions des propriétés de protection du revêtement. Pour cela, des mesures de résistances des pores et de transfert de charge ainsi que de la capacité du revêtement sont conduites en fonction de la durée d'immersion et du vieillissement hygrothermique préalable. Ces évolutions mettent en évidence 3 étapes pour la perte des propriétés de protection ainsi que le contrôle des phénomènes à l'interface métallique par les propriétés barrières. Enfin, des mesures d'adhérence (POT et test au solvant NMP) complètent et confirment les résultats précédents en précisant le rôle bénéfique des amines sur l'adhérence et sur sa réversibilité après séchage.

The organic coatings durability is an important industrial and scientific topic. The life time of an anticorrosion coating depends mainly on its adhesion on the metallic substrate. The aim of this work consists in indentifying the interphase area and understanding its influence on adhesion between an anticorrosion coating and a metallic substrate. We try also to validate experimental parameters for following coating deterioration, as well as the development of corrosion or delamination at the metallic interface during immersion. These protocols may be use to predict the coatings durability. A no filled coating with different stoichiometries and a commercial primer are studied. Both are based on the same polymer binder DGEBA-Polyamidoamide. The anticorrosion coating is formulated with a vinyl terpolymer, ferrous oxide and zinc phosphate as anticorrosion pigments and talc as main filler. Different methods are used to characterize the interphase area in the DGEBA / Polyamidoamine systems applied onto steel: the Fourier Transformed Infra Red spectroscopy (FTIR), the Micro Thermal Analysis (µTA) and a method based on deflexion measurements. We have observed differences of behaviour between the properties of the interphase and those of the bulk one. The inherent limits of the characterization by deflexion measurements drive to overestimate the thickness of the interphase. The characterizations by IR and µTA have allowed observing the interphase to a smaller scale. We have then observed by IR a strong presence of amine in an interphase are a which thickness is about 40 µm. This strong concentration of amine is also confirmed by µTA results, that drive to a reduction of Tg from the bulk to the metallic interface. Different samples have suffered a hygrothermal artificial ageing test, which involved modifications of the interphase. Moreover, a study by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) is performed in order to characterize evolutions of protection properties. For that, measurements of pore and charge transfer resistances as coating capacitance have been carried out as a function of immersion and hygrothermal ageing times. Their evolutions have shown 3 stages for loss of protection properties, and also the control of phenomena at the metallic interface by barrier properties. Finally, adhesion measurements of the coatings on the metallic substrate complete and confirm previous results. They precise the beneficial effect of the amine on the adhesion and also on the reversibility of that adhesion after drying.