Thermal degradation and fire reaction of PS and PMMA nanocomposites
Etude de la dégradation thermique et de la réaction au feu de nanocomposites à matrice PMMA et PS
Résumé
Despite exceptional properties, polymers are liable to ignite when reaching high temperature under air atmosphere. In order to substitute halogenated flame-retardant additives which are considered of high concern and submitted to regulations, we studied new flame-retardant systems based on nanosized mineral oxides, for two polymers: poly(methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS). Three strategies have been developed. Firstly, we investigated the influence of nanometric silicon and aluminum oxides on flame-retardant properties and thermal stability mechanisms of thermoplastics based nanocomposites. Various parameters have been evaluated such as filler loading, chemical composition of oxide and polymer matrix. The impact of surface modification of nanoparticles on fire reaction of composites have been analysed as well. Surface treatments concerned grafting of low molecular weight organic molecules, molecular deposition of inorganic compounds and grafting of oligomers. Finally, combinations between phosphorus additives and pristine or treated nanofillers highlight strong synergies on fire reaction. The study of flame-retardancy process was carried out in particular by deep analyses of char residues.
En dépit de leurs propriétés uniques, les polymères sont très sensibles à la température et sont susceptibles de s'enflammer en présence d'une source de chaleur et au contact de l'air. Afin de remplacer les additifs retardateurs de flammes halogénés, soumis à certaines inquiétudes et restrictions, nous avons étudié de nouveaux systèmes retardateurs de flammes à base d'oxydes minéraux nanométriques concernant deux polymères : le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polystyrène (PS). Trois stratégies ont été mises en place. Nous avons examiné dans un premier temps l'influence des oxydes d'aluminium et de silicium nanométriques sur les propriétés ignifuges et les mécanismes de stabilité thermique des nanocomposites à matrices thermoplastiques. Divers paramètres ont été évalués comme le taux d'incorporation, la composition chimique des oxydes et le type de matrice polymère. L'impact de la modification de surface des nanoparticules sur la réaction au feu des composites a été également analysé. Les traitements de surface des oxydes concernent des greffages de molécules organiques de faible masse molaire, le dépôt de couches inorganiques et le greffage d'oligomères. Enfin, des combinaisons d'additifs phosphorés et de nanocharges, vierges ou modifiées, ont mis en évidence des synergies notables sur la réaction au feu. L'étude du procédé d'ignifugation des composites a été réalisée notamment par l'analyse approfondie des résidus charbonnés.