12/03/2015 - Soutenance de thèse d'Octavie OKAMBA-DIOGO

Avis de Soutenance
Soutenance prévue le jeudi 12 mars 2015 à 14h
Arts et Métiers ParisTech
155,  Boulevard de l'Hôpital, 75013 Paris
Amphi Bézier

 

Composition du jury proposé :

M. Jean-Luc GARDETTE, Pr, Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, Examinateur
M. Didier GIGMES, DR CNRS, Institut de Chimie Radicalaire, Rapporteur
M. Olivier LAME, Pr, INSA Lyon, MATEIS, Rapporteur
M. Patrice BOURSON, Pr, Université de Lorraine, LMOP,  Examinateur
M. François FERNAGUT, Ingénieur R&D, LEM, ARKEMA, Examinateur
M. Jean GUILMENT, Ingénieur R&D, LEM, ARKEMA ,Examinateur
M. Bruno FAYOLLE, Pr, Arts et Métiers ParisTech, PIMM, Examinateur
M. Emmanuel RICHAUD, MC HDR, Arts et Métiers ParisTech, PIMM, Examinateur

 

Résumé :

Les polyamides sont des thermoplastiques techniques qui entrent dans la conception de pièces destinées à remplacer certains composants métalliques des moteurs automobiles. En dépit de propriétés mécaniques initiales satisfaisantes, leur tenue à long terme est limitée par leur sensibilité à l’oxygène conduisant à des réactions de thermo-oxydation. Ces réactions ont été largement étudiées dans le cas des polyoléfines mais peu dans le cas des polyamides, rendant nécessaire l’élaboration d’un modèle cinétique susceptible de prédire la fragilisation donc la durée de vie des polyamides. Cette thèse est une contribution à la compréhension du processus d’oxydation dans le cas des polyamides aliphatiques et à la construction d’un modèle cinétique. La démarche cinétique réside tout d’abord dans la caractérisation physico-chimique multi-échelle de films de PA11 oxydés dans différentes conditions de températures (90 à 165 °C sous air) et sous différentes pressions partielles d’oxygène. Un modèle cinétique couplant oxydation et post-polycondensation est proposé ici : il permet de simuler les données expérimentales (hydroperoxydes, carbonyles et masse molaires) quelles que soient les conditions d’exposition. Parallèlement, un critère intrinsèque gouvernant la fragilisation du PA11 est identifié afin de prédire cette dernière à partir du modèle cinétique. Enfin, l’influence de l’ajout d’antioxydants phénoliques et des sels de cuivre sur la cinétique d’oxydation est caractérisée. Un premier modèle cinétique prenant en compte la stabilisation du PA11 décrit les tendances spécifiques de la stabilisation du PA11 comme l’apparition de la pseudo-période d’induction contribuant à une augmentation significative de la durée de vie du PA11.

Mots clés : polyamides aliphatiques, thermo-oxydation, modèle cinétique, hydroperoxydes, prédiction de la durée de vie.

 

Summary: Thermal-oxidative degradation of polyamides

Some metal components of automotive engine are bound to be replaced by polyamide parts. However, despite their thermal resistance polyamides are sensitive to oxygen leading to thermal oxidation chain reactions responsible for their long-term properties. While durability is critical for polyamide users, only a few studies deal with the elaboration of a kinetic model capable of predicting polyamide lifetime (time to embrittlement) in contrary to polyolefins (especially polyethylene). This PhD thesis is a contribution to the understanding of aliphatic polyamide thermal degradation by considering chemical and physical aspects of oxidation process in order to build a kinetic model. Our approach is based on a multi-scale physicochemical characterization of oxidized PA11 film samples under air between 90 and 165 °C but also under oxygen pressure. The proposed kinetic model coupling oxidation and solid state polymerization is able to simulate the whole experimental data (hydroperoxides, carbonyls and molar mass changes). In a same time, an intrinsic criterion for embrittlement is assessed to predict lifetime whatever the exposure conditions. Finally, the influence of phenols and copper salts on the oxidation kinetic is investigated. A first kinetic model including the phenol stabilizing effect is capable of simulating the main observed trends for stabilized PA11 such as the appearance of the pseudo induction period which contributes to the significant improvement of PA11 durability.

Keywords  : aliphatic polyamides, thermal oxidation, kinetic model, hydroperoxides, lifetime prediction.