Echantillons des quatre RFBs dans le Polystyrène (PS)

Le polystyrène (PS) n'était pas stabilisé et ne contenait aucun additif, excepté des traces éventuelles d'anti-oxydant de process résiduelles.

a) Mise en œuvre du mélange polymère-RFBs

Les échantillons de PS+RFBs préparés ont été utilisés pour étudier la cinétique de photodégradation des RFBs, identifier la nature des photoproduits et déterminer les rendements quantiques de photolyse des RFBs. Ce qui diffère dans ces différentes expériences, c’est uniquement le pourcentage de RFB incorporé dans le PS. Il était de 8% pour l’étude cinétique et de 2% pour la détermination du rendement quantique. Nous avons

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choisi ce pourcentage pour la détermination du rendement quantique afin d’obtenir une absorbance  0.3.

Extrusion. Le procédé d’extrusion est le plus communément utilisé pour incorporer des additifs dans une matrice polymère, et nous avons donc choisi ce procédé pour la mise en œuvre des échantillons à échelle du laboratoire. L’appareil utilisé est de type Haake miniLab II Micro Compounder, équipé de deux vis coniques interpénétrées placées dans un fourreau chauffé. La capacité de ce compounder de laboratoire est de 7 cm3 maximum. La température est choisie de telle manière que le polymère soit à l’état fondu. Le mélange polymère-RFBs se trouve ainsi dans les conditions optimales d’homogénéisation. Pendant l’opération d’introduction, c’est à l’aide d’un fourreau que le polymère sous forme de granulés et les additifs sont ajoutés dans l’extrudeuse. En tournant, la matière est poussée vers l’aval du fourreau par les vis qui vont jouer le rôle de pompe. L’homogénéisation du mélange est aussi susceptible d’être réalisé grâce à l’utilisation d’un circuit fermé qui permet donc de mener la matière en amont des vis pour qu’elle puisse subir une nouvelle fois l’étape de malaxage. A la fin de cette étape, le mélange polymère fondu sort de la filière sous la forme de bâtonnets.

Voici un récapitulatif du protocole suivi depuis l’incorporation des molécules de RFBs dans les granulés de PS jusqu’à l’obtention d’un film de forme et d’épaisseur bien définies

(Figure 26)

- Peser 0.4 g du RFB dans 5g du PS à l’aide de la balance (METTLER TOLEDO) pour avoir un pourcentage de 8%, et 0.1 g du RFBs dans 5 g du PS pour avoir un pourcentage de 2%. - Mélanger bien les deux composants à l’aide d’une spatule pour améliorer l’incorporation de la masse totale du RFB dans le PS

- Extruder le mélange en trois étapes :

1- Régler les paramètres optimaux pour l’extrusion du mélange, paramètres qui dépendent du type de polymère utilisé et de la molécule incorporée. Dans le cas de cette étude, les différents paramètres sont : T=180°C, r=100 tour /min, temps du séjour dans l’extrudeuse=5min. (r: vitesse de rotation des vis)

2- Une fois ces paramètres optimisés, chauffer l’appareil jusqu’à atteindre la température souhaitée

3- Commencer à verser de temps en temps (chaque 30 secondes) un peu de la masse du mélange (PS+RFB) préparé, mélange en fusion qui va alors être tourné entre les deux vis

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selon le principe décrit ci-dessus jusqu’à l’obtention de bâtonnets. Il ne faut pas le laisser trop longtemps tourner pour éviter la dégradation du polymère aux températures élevées.

Figure 26. Schéma récapitulatif de la préparation du polystyrène ignifugée par les différentes molécules RFBs

Pressage à chaud. Pour mener à bien les études de photodégradation du PS ignifugé, les échantillons doivent être sous forme de films d’environs 100 µm. Pour cela, le mélange polymère-RFB obtenu après extrusion est placé entre deux feuilles de polymère Téflon. Puis, à l’aide d’une presse hydraulique manuelle, le mélange est pressé sous des conditions de pression, température et temps choisis. Typiquement pour le polystyrène les conditions de pressage sont les suivantes :

- Couper les bâtonnets obtenus en petits morceaux, puis se servir de quelques morceaux en fonction de l’épaisseur qu’on souhaite obtenir.

- La température de pressage entre les deux plaques est de 180°C, la pression de 100 bar pendant 1min30s puis on augmente la pression à 150 bar pendant aussi 1min30s dans le but d’obtenir un film de ~ 100-120 µm d’épaisseur. L’épaisseur est mesurée à l’aide d’un micromètre.

A noter que les différentes molécules BDE-209, TBBPA et TBBPA-DBPE ont été incorporées dans le PS par extrusion. Par contre, le TBBPA-BAE n’a pas pu être préparé par extrusion puisque à la température de préparation des échantillons (180°C) le PS en présence de cette molécule prend un aspect brun et est donc probablement oxydé. De fait, pour cette dernière molécule, un applicateur de film motorisé a été utilisé (Bar-coat).

82 Utilisation du Bar-coat. Un applicateur de film motorisé est constitué d’une barre de poussée

solidaire d’un chariot mobile au-dessus d’un substrat. Il permet d’obtenir, à partir d’un dépôt liquide, des films de polymère avec une bonne uniformité et reproductibilité. Une représentation schématique du protocole utilisé dans le cadre de ce travail est représentée sur la Figure 27. Ce protocole comprend les principales étapes suivantes :

- Dissolution de 6.25 g de PS dans 50 ml d’une solution de TBBPA-BAE (10^-2 M) préparée

dans le THF.

- Agitation par vortex pendant 5 min.

- Agitation mécanique toute la nuit pour s’assurer de la dissolution complète des cristaux de PS.

- Obtention d’un film polymère avec le bar-coat. Plusieurs essais sont nécessaires, -en faisant varier différents paramètres (concentration et volume de la solution, vitesse de dépôt, température de la plaque de chauffe, temps de séchage)-, pour trouver les conditions permettant d’obtenir un film homogène d’épaisseur souhaitée. Dans le cadre de ce travail, les paramètres de dépôt optimisés permettant d’obtenir des films de ~100µm sont les suivants : vitesse de déplacement du chariot= 40mm/s, épaisseur de film liquide=500 µm, volume de solution = 40 ml, temps de séchage du film = 1 h

- Mesure de l’épaisseur par micromètre

- Laisser le film sécher dans une étuve à 60°C pendant une semaine afin de permettre l’évaporation complète du THF. L’évaporation du THF est suivie par analyse IR du film en cours de sechage (disparition des bandes IR du THF dont le spectre est enregistré dans la base de données)

83 Figure 27. Protocole expérimentale du préparation de films de PS-TBBPE-BAE par bar-coat