New Transparent Flame-Retardant (FR) Coatings Based on Epoxy-Aluminum Hypophosphite Nanocomposites
Nouveaux revêtements transparents ignifugés (FR) à base de nanocomposites époxy-aluminium hypophosphite
Résumé
The present study investigated the flame-retardant (FR) effect of transparent epoxy coating containing aluminum hypophosphite (AHP) nanoparticles (NPs) on polylactic acid (PLA) sheets used as a typical model of combustible polymeric material. First, AHP NPs (≤60 nm) were prepared by a specific two-stage wet milling process and deeply analyzed (morphology, thermal/mechanisms of degradation under nitrogen and air). The thermal properties of epoxy–AHP nanocomposites were compared with the pristine epoxy resin. The addition of AHP NPs into epoxy resin accelerated thermal degradation of the coating, thereby increasing the amount of char residue. The application of blank epoxy coating on the surface of PLA plate slightly made PLA more ignitable, without any reduction in the peak of heat release rate (pHRR). The decrease of time to ignition (TTI) was more important in the presence of AHP NPs due to their reactivity toward epoxy resin. Epoxy coating containing 15 wt.% AHP NPs showed the most significant reduction in pHRR as the result of the formation of a homogenous char layer. Further increase of AHP NPs content up to 20 wt.% did not end in any further enhancement, as a consequence of structural cracks observed in the coating that prevent the formation of an effective char. The coated samples remained transparent, promisingly paving the way to appropriate decorative flame-retardant coatings.
La présente étude a examiné l'effet ignifuge (FR) d'un revêtement époxy transparent contenant des nanoparticules (NP) d'hypophosphite d'aluminium (AHP) sur des feuilles d'acide polylactique (PLA) utilisées comme modèle typique de matériau polymère combustible. Dans un premier temps, les NP AHP (≤60 nm) ont été préparées par un procédé spécifique de broyage humide en deux étapes et analysées en profondeur (morphologie, thermique/mécanismes de dégradation sous azote et air). Les propriétés thermiques des nanocomposites époxy-AHP ont été comparées à la résine époxy vierge. L'ajout de NP AHP dans la résine époxy a accéléré la dégradation thermique du revêtement, augmentant ainsi la quantité de résidus de carbonisation. L'application d'un revêtement époxy vierge sur la surface de la plaque PLA a légèrement rendu le PLA plus inflammable, sans aucune réduction du pic de taux de dégagement de chaleur (pHRR). La diminution du temps d'allumage (TTI) était plus importante en présence de NP AHP en raison de leur réactivité vis-à-vis de la résine époxy. Le revêtement époxy contenant 15% en poids de NP AHP a montré la réduction la plus significative du pHRR à la suite de la formation d'une couche de charbon homogène. Une augmentation supplémentaire de la teneur en NP AHP jusqu'à 20 % en poids ne s'est pas terminée par une amélioration supplémentaire, en raison des fissures structurelles observées dans le revêtement qui empêchent la formation d'un charbon efficace. Les échantillons revêtus sont restés transparents, ouvrant la voie à des revêtements ignifuges décoratifs appropriés.