Synthèse de nouveaux phosphinates retardateurs de flammes pour le poly(téréphtalate de butylène) et le polyamide 6

Synthesis of novel phosphinate flame retardants for poly butylene(terephthalate) (PBT) and polyamide 6 (PA6)

• Auteur / Autrice : Renaud Dupretz
• Direction : Serge Bourbigot, Sophie Duquesne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 27/10/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions chimiques -- Mécanismes

Synthèse (chimie)

Phosphore -- Composés organiques

Polyamides

Essais de comportement au feu

Thermoplastiques

Mots clés libres

Phosphinates

Résumé

Cette étude s’intéresse aux procédés d’ignifugation de deux thermoplastiques techniques, le poly téréphtalate de butylène (PBT) et le polyamide 6 (PA6), à application dans le domaine électrique et électrotechnique. Plus précisément, l’accent est mis sur l’ajout en masse de retardateurs de flammes à base d’azote et de phosphore. L’objectif de ce projet consiste à préparer de nouveaux retardateurs de flamme par voie de synthèse organique. Dans un premier temps, cinq phosphinates d’aluminium ont été préparés par amidification de l’acide hydroxyphenylphosphoryl propanoïque et réaction avec un promoteur d’aluminium. Ces sels ont été incorporés au PBT et au PA6, seuls ou en combinaison avec des co-additifs, puis testés à l’UL-94, test témoin de la propagation verticale de la flamme, très utilisé dans l’industrie électrique et électrotechnique. Parmi les cinq sels, seul le phenylamide de l’acide hydroxyphenylphosphoryl propanoïque (PAS) s’est avéré être un retardateur de flammes efficace. D’autres tests ont été réalisés pour approfondir les résultats. Une instrumentation du test UL-94 a également été développée pour établir les bases de la compréhension du mécanisme d’action de la formulation, approfondies ensuite dans une série de microanalyses. Il a été démontré que le PAS se décompose en entraînant la scission des chaînes de PBT et le refroidissement du matériau. La libération de composés phosphorés en phase gaz, bien que moins efficace que pour d’autres composés commerciaux, suffit à donner à la formulation sa propriété d’auto-extinction.

This study deals with the flame retardancy of two engineering plastics, the poly(butylene terephthalate) (PBT) and the polyamide 6 (PA6), widely used in the electrical and electronic equipment (EEE). The focus is made on the incorporation of phosphorus- and nitrogen-containing flame retardant (FR) additives. The main goal of this project was to prepare novel FR through organic synthesis. Five aluminum phosphinates were prepared by reaction of amines on hydroxyphenylphosphnyl propanoic acid and an aluminum promoter. The salts were incorporated to PBT and PA6, with or without co-additives, and the materials were tested in the UL-94, test investigating the vertical propagation of the flame and widely used in the EEE industry. Among the five salts, only the aluminum salt of phenyl amide of hydroxyphenylphosphnyl propanoic acid showed outstanding properties as FR. Other tests were carried out, among which an instrumentation of the UL-94 test, to build a way to the comprehension of mechanisms. First observations were completed by various microanalyses. It has been shown that the decomposition of PAS enhances that of PBT in parallel to its cooling. The liberation of phosphorus-containing species in the gas-phase, despite les efficient than in the case of other commercial FR, gives the formulation its auto-extinguishing character.