Vieillissements de peintures marines anticorrosion sous contraintes physico-chimiques couplées et/ou cycliques
Institution:
La RochelleDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
New formulations of marine organic coatings, with or without solvent, abiding by recent environmental standards, must be studied and compared to classical solvent-borne organic coatings in order to determine their performance and durability. If the main degradation factors of polymers are known (water, temperature, mechanical solicitations and light), the accelerated ageing tests used to assess the organic coatings lifetime do not take into account of these parameters together or their hierarchical effects. This is particularly true when a mechanical stress is applied onto a metallic structure in tidal zone. In this work, we studied the ageing of organic coatings as free films and as attached films onto a steel substrate in natural and synthetic seawater (3% NaCl solution) for different temperatures and different mechanical visco-elastic mechanical stresses. The coating degradation was analyzed by monitoring the glass transition temperature evolution and the mechanical properties modifications after a water uptake that was measured using electrochemical impedance spectroscopy and gravimetry techniques. Our results show that the water uptake is a thermally activated diffusionnal phenomenon, sensitive to a stress state. This latter can lead to antagonist phenomena which favour or not diffusion. A thermodynamic interpretation was proposed in terms of polymer chains rearrangements affecting the number of possible water distribution paths and the energy barrier associated with this move. These two mechanisms are very dependent on the nature of the coating. Moreover, a desorption phenomenon of organic and mineral species, in competition with the water absorption, was identified. Besides, the temperature variation in natural environment, which implies internal stresses in organic coatings, seems to affect significantly the kinetics of water uptake and the degradation of coatings. Finally, synergies between the ageing factors were established: the association of stress leads to a higher degradation kinetic than the sum of individual effects.
Abstract FR:
Les nouvelles formulations de peintures marines anticorrosion sans solvant, respectueuses des normes environnementales récentes, doivent être étudiées et comparées aux peintures classiques « avec solvant » dans le but de déterminer leur performance et leur durée de vie. Si les principaux facteurs de dégradation des polymères sont connus (l’eau, la température, les sollicitations mécaniques et la lumière), les tests de vieillissement accéléré, utilisés pour évaluer la durée de vie des peintures marines n’intègrent jamais réellement l’ensemble de ces paramètres, ni leur hiérarchie, en particulier l’aspect contrainte mécanique que l’on rencontre dans le cas des structures métalliques en zone de marnage. Dans notre travail, nous avons suivi le vieillissement des peintures sous forme de films libres et de films déposés sur un substrat acier en milieu naturel et en eau de mer synthétique (solution NaCl 3%), pour différentes températures et différentes contraintes mécaniques visco-élastiques appliquées. La dégradation des peintures est caractérisée par des modifications de la température de transition vitreuse et des propriétés mécaniques qui font suite à une prise en eau que l’on peut étudier en associant des techniques de spectroscopie d’impédance électrochimique et de gravimétrie. Notre étude démontre que la prise en eau est un phénomène diffusionnel thermiquement activé, sensible à un état de contrainte. Ce dernier peut conduire à des phénomènes antagonistes favorisant ou non la diffusion. Cet aspect a été interprété dans un cadre thermodynamique en termes de réarrangements de chaînes du polymère affectant le nombre de chemins de diffusion possibles pour les molécules d’eau et la barrière d’énergie associée à ce déplacement. Ces deux mécanismes sont très dépendants de la nature de la peinture. De plus, un phénomène de désorption d’espèces organiques et minérales, en compétition avec l’absorption d’eau a été mis en évidence. Par ailleurs, la variation de température en milieu naturel, engendrant des contraintes internes dans les peintures, semble affecter de façon significative les cinétiques de prise en eau ainsi que la dégradation des peintures. Finalement, des synergies entre les facteurs de vieillissement ont pu être établies : il apparaît que le couplage des contraintes entraîne des cinétiques de dégradation supérieures à celle obtenue par la somme des effets individuels.