Peintures auto-stratifiantes bio-sourcées : concept et mécanisme

Self-stratifying bio-based coatings : concept and mechanism

• Auteur / Autrice : Charlotte Lemesle
• Direction : Maude Jimenez, Mathilde Casetta, Anne-Sophie Schuller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 22/06/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• 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

Analyse du cycle de vie

Silicones

Résines époxydes

Polymères biosourcés

Revêtement de surface

Mots clés libres

Auto-stratification

Vieillissement accéléré

Résumé

L’objectif de cette thèse est de développer des revêtements auto-stratifiants biosourcés pour application ferroviaire. L’intérêt du procédé d'auto-stratification est de fournir un revêtement multifonctionnel en une seule étape d’application. Il offre une alternative au procédé conventionnel de revêtement multicouche car il répond aux contraintes environnementales et industrielles actuelles, telles que la diminution de la production de déchets, de la consommation électrique et du coût. Au cours de ces trois années de recherches, des revêtements auto-stratifiants à base de différentes résines époxyde bio-sourcées et de résines silicone ont été mis au point. Dans un premier temps, des modèles théoriques ont été utilisés pour prédire la stratification de différents systèmes résine époxyde/résine silicone. Cependant, aucune corrélation entre les résultats prédictifs et les niveaux de stratification obtenus expérimentalement n'a été établie. En effet, le phénomène d’auto-stratification est influencé par de nombreux facteurs qui ne sont pas pris en compte dans les modèles. L’influence de ces différents paramètres sur la stratification a donc été étudiée expérimentalement au cours de cette étude. Il en résulte que la nature, l’énergie de surface et la polarité des résines, la volatilité des solvants, la température de séchage et la nature du réticulant ont un impact sur le degré de stratification. Par la suite, les revêtements stratifiés en deux couches parfaitement distinctes ont été soumis à des tests de vieillissement accéléré afin de comparer leur résistance à l’humidité et au rayonnement UV à celle des revêtements classiques multicouches. Enfin, une analyse du cycle de vie comparative a été réalisée pour quantifier l'impact environnemental du procédé auto-stratifiant à base de résines bio-sourcées par rapport au procédé multicouche utilisant des résines pétro-sourcées.

The goal of this PhD thesis is to design bio-based self-stratifying coatings for railway applications. This process provides a multifunctional coating in a single application step, offering an interesting alternative to conventional multi-layer coating process as it meets current environmental and industrial constraints, such as reduction of waste production, electricity consumption and cost. Over the last three years, self-stratifying coatings based on different bio-based epoxy and silicone resins were set up. As a first step, theoretical models were used to predict the layering of the different binary epoxy/silicon systems. However, the first experimental results obtained were not clearly correlated with the predicted ones in term of stratification level. Indeed, self-stratification phenomenon is influenced by many factors which are usually not taken into account in the theoretical models. The influence of these parameters on the stratification process was therefore investigated during this thesis. It led to the conclusion that the nature, the surface energy and the polarity of the resins, the solvent volatility, the curing temperature and the nature of the cross-linking agent have an impact on the degree of stratification. Thereafter, ageing tests were performed on the coatings showing two perfectly distinct stratified layers, to compare their resistance to humidity and UV radiation to those of conventional multi-layer coatings. Finally, a comparative Life Cycle Assessment was carried out to quantify the environmental impact of the self-stratifying process using bio-based resins compared to the multilayer process using oil-based resins.