Réexamen du mécanisme de l’intumescence : application au système modèle PP/APP/PER/4A

Re-examination of the Mechanism of Intumescence : Application to the Model PP/APP/PER/4A System

• Auteur / Autrice : Matthieu Caron
• Direction : Gaëlle Fontaine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 16/02/2024
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Matériaux et Transformations (Lille ; 2010-....) - Unité Matériaux et Transformations - UMR 8207 / UMET
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Thérias
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gaëlle Fontaine, Bruno Fayolle, Laurent Binet, Karima Ben Tayeb-Meziane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Fayolle, Laurent Binet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décomposition (chimie)

Spectroscopie de résonance paramagnétique électronique

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Essais de comportement au feu

Intumescence (chimie)

Mots clés libres

Intumescence

Polypropylène

Réaction au feu

Résonance paramagnétique électronique

Résonance magnétique nucléaire de l'état solide

Mécanisme de décomposition

Intumescence

Polypropylene

Fire reaction

Electron paramagnetic resonance

Solid state nuclear magnetic resonance

Decomposition pathway

Résumé

Ce travail consiste en un réexamen de la décomposition thermique d’un propylène (PP) intumescent modèle contenant du polyphosphate d’ammonium (APP), du pentaerythritol (PER) et de la zéolite 4A comme agent de synergie. Les performances au feu de formulations PP/APP/PER/4A sont étudiées afin de déterminer la fraction massique optimale de 4A (1 wt%). Les étapes de décomposition de formulations PP/APP/PER/4A avec et sans PP ou 4A sont déterminées par analyses thermogravimétriques (ATG). Ensuite, la structure chimique des matériaux et l’évolution des radicaux libres sont étudiées en fonction de la température par des analyses ex-situ par résonance magnétique nucléaire (RMN) des noyaux 27Al, 29Si, 13C et 31P et résonance paramagnétique électronique (RPE) respectivement. Par ailleurs, des analyses ex-situ par RPE pulsée de corrélation hyperfine (HYSCORE) sont effectuées pour suivre de façon précise et innovante les évolutions des environnements chimiques des radicaux libres dans les matériaux. Il est montré que les matériaux subissent un changement structural entre 350 et 400°C en passant d’un résidu à prédominance carbonée avec une forte concentration en radicaux libres à un résidu à prédominance phosphorée

This work deals with the re-investigation of the thermal decomposition of a model intumescent polypropylene (PP) containing ammonium polyphosphate (APP), pentaerythritol (PER) and zeolite 4A as a synergy agent. The fire performances of PP/APP/PER/4A formulations are studied to determine the optimal mass fraction of 4A (1 wt%). The decomposition steps of PP/APP/PER/4A formulations with and without PP or 4A are determined by thermogravimetric analyses (TGA). Then, the chemical structure of the materials and the evolution of the free radicals are studied as a function of temperature by ex-situ 27Al, 29Si, 13C and 31P nuclear magnetic resonance (NMR) andelectron paramagnetic resonance (EPR) analyses respectively. Besides, ex-situ hyperfine correlation (HYSCORE) pulsed EPR analyses are done to follow the evolution of the chemical environments of free radicals in the materials in a precise and innovative way. It is showed that materials undergo a structural shift between 350 and 400 °C from a predominantly carbonaceous residue with a high concentration of free radicals to a predominantly phosphorated residue