Aspects fondamentaux des systèmes intumescents pour la protection au feu des structures d’acier

Fundamental aspects of intumescent systems for fire protection of steel structures

• Auteur / Autrice : Nittaya Hansupo
• Direction : Serge Bourbigot, Fabienne Samyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 22/02/2018
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMET - Unité Matériaux et Transformations

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réactions chimiques -- Mécanismes

Carbonates

Borates

Inflammabilité

Propriétés thermiques

Résines époxydes

Essais de comportement au feu

Construction métallique

Intumescence (chimie)

Mots clés libres

Char (résidu)

Epoxy based intumescent

Résumé

Le but de ce travail de thèse est d’obtenir une compréhension des mécanisme d’action des revêtements intumescents à base d’époxy afin de fournir des perspectives pour le développement de nouveaux systèmes de protection contre le feu. La formulation intumescente est un système très complexe. Ce travail se concentre en particulier sur les composants clés dont la compréhension des mécanismes d’action était absente. Tout d’abord, les mécanismes d’action des borates ont été étudiés en incluant des modifications chimiques et thermo-physiques; la combinaison des résultats obtenus sous différents aspects permet de comprendre son mode d’action. D’un côté, les borates en particulier l’acide borique ont été mentionnés comme Cancérogènes, Mutagènes, Reprotoxiques (CMR); la substitution de ces composants est nécessaire. Les résultats soulignent le rôle important et la réactivité élevée du zinc (de borate de zinc), ce qui suggère le développement de nouveaux systèmes en incorporant un composé à base de zinc au lieu du borate du zinc. Deuxièmement, l’effet du CaCO3 sur les propriétés de protection contre le feu et son mécanisme d’action dans le revêtement intumescent ont été examinés. L’ajout de CaCO3 améliore les propriétés de protection au feu et d’adhérence/cohérence du revêtement et son mécanisme d’action était justifié. De plus, plusieurs carbonates (MgCO3, ZnCO3, Na2CO3, K2CO3) en tant qu’ingrédient intumescent ont également été examinés. L’utilisation de MgCO3 comme ingrédient intumescent est favorable pour les propriétés de protection contre le feu du revêtement ainsi que pour l’utilisation de CaCO3. Dans ce travail, les mécanismes d’action des borates et des carbonates ont été étudies. Les résultats suggèrent le développement de nouveaux systèmes utilisant des ingrédients alternatifs tels que le composé à base de zinc ou MgCO3.

The goal of this PhD work is to get an insight into the mechanisms of action of epoxy based intumescent coating to be able to provide the outlooks for the development of novel systems of higher protection against fire. The intumescent formulation is highly complex system. This work focuses particularly on the key components of which the understanding of the mechanisms of action is still lacking. Firstly, the mechanisms of action of borates were investigated in both chemical and thermo-physical modifications; the combination of the results obtained from different aspects allows drawing its mode of action. On the one hand, borates in particular boric acid have been mentioned to be Carcinogenic, Mutagenic, Reprotoxic (CMR); the substitution of these important intumescent components are necessary. The results point out the important role and high reactivity of zinc (i.e. from zinc borate), this suggests the development of novel systems by incorporating zinc based compound instead of zinc borate. Secondly, the effect of CaCO3 on fire protective properties and its mechanism of action in intumescent coating were examined. The addition of CaCO3 improves the fire protective properties and adhesion/cohesion of the coating and its mechanism of action was fully justified. Additionally, various carbonates (i.e. MgCO3, ZnCO3, Na2CO3, K2CO3) as intumescent ingredient were also examined. The use of MgCO3 as intumescent ingredient is beneficial for the fire protective properties of the coating as well as the use of CaCO3. In this work, the mechanisms of action of borates and carbonates were fully examined. The results suggest the development of novel systems with using the alternative ingredients such as zinc-based compound or MgCO3.