Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les retardateurs de flamme sont des composés chimiques améliorant la réaction au feu des polymères et composites et permettant leur utilisation en conformité avec la réglementation incendie. Le développement des retardateurs de flamme est conditionné par leur action propre sur la réaction au feu, leur capacité à ne pas dégrader les autres propriétés des matériaux, mais aussi par leurs impacts environnementaux et toxicologiques. L’article détaille la problématique de l’inflammabilité des polymères, les mécanismes généraux d’action des différentes familles de retardateurs de flamme ainsi que les effets de synergie. En dernier lieu, les aspects environnementaux, liés notamment au cycle de vie des polymères, sont évoqués.
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Jean BROSSAS : Professeur - Université Louis-Pasteur et Institut C. Sadron (1972-1993) - École d’Application des Hauts Polymères de Strasbourg (1990-1992)
INTRODUCTION
Il existe un grand nombre d’additifs retardateurs de flammes qui permettent aux matériaux ainsi formulés de passer certains tests au feu. Ces derniers sont souvent adaptés au type d’utilisation de l’objet fabriqué in fine et non reliés à des valeurs thermodynamiques intrinsèques. Les soucis initiaux du fabricant et du législateur depuis 25 ans concernaient surtout l’efficacité du retardateur de flammes, la réduction éventuelle des fumées, ainsi que la toxicité la plus réduite possible de ces matériaux en cas d’incendie. Vu l’abondance aujourd’hui des plastiques dans les ordures, i l sera demandé en outre aux retardateurs de flammes employés de ne pas produire de gaz toxiques lors de l’incinération des objets plastiques en fin de « vie », à moins qu’une politique générale de recyclage des plastiques ne se mette en place ou que les incinérateurs industriels ne travaillent à une température nettement plus élevée qu’actuellement.
Après quelques observations sur la faible résistance thermique des polymères et sur leurs principales voies de dégradation, les méthodes générales de l’amélioration de leur résistance au feu sont abordées dans cet article. Les différents retardateurs de flammes réactifs ou non, micromoléculaires ou macromoléculaires, sont passés systématiquement en revue, et les mécanismes d’action décrits dans chaque cas.
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- Version courante de oct. 2016 par Laurent FERRY, José-Marie LOPEZ-CUESTA
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Présentation
Retardateurs de flammes contenant de l’azote (rfN)4. Retardateurs de flammes contenant des halogènes (rfX)
4.1 Comparaison entre les différents halogènes
Les énergies de dissociation des liaisons C—C du squelette hydrocarboné des polymères étant de l’ordre de 347 kJ/mol, l’efficacité des rfX augmente dans l’ordre :
F > Cl > Br > IMalgré son efficacité théorique élevée, le fluor n’est pas utilisé comme retardateur de flammes car sa liaison avec le carbone s’avère trop énergétique. Son énergie de dissociation est de l’ordre de 485 kJ/mol. Il commencerait à agir en phase gazeuse et donc à être efficace quand tout le matériau organique aurait disparu.
En ce qui concerne l’atome d’iode, la liaison C—I possède, inversement, une énergie de dissociation de 213 kJ/mol, trop faible pour être efficace. En outre l’iode peut se libérer partiellement de certaines structures soit lors de la mise en œuvre, soit lors du vieillissement photochimique naturel. L’iode I· est alors libéré trop tôt et son effet est perdu quand la combustion survient.
Parmi les halogènes susceptibles de convenir dans un retardateur de flammes, il reste le brome et le chlore. L’énergie de dissociation de la liaison C—Br est évaluée en moyenne à 284 kJ/mol, ce qui permet sa libération en phase gazeuse juste avant la dégradation des enchaînements carbonés. D’autre part, l’agent efficace HBr est libéré sur une bande étroite de température, ce qui donne une grande quantité de gaz utile dans la zone de flamme au moment opportun. Les additifs chlorés (C—Cl : 338 kJ/mol) dégagent HCl sur une gamme beaucoup plus large et plus élevée, ce qui en fait des retardateurs moins efficaces que les bromés, mais utilisables cependant car ils sont chimiquement plus stables surtout pour les retardateurs de flammes aliphatiques.
HAUT DE PAGE4.2 Mécanisme d’action des halogènes
Ils agissent par action de l’acide halohydrique correspondant en captant les radicaux chauds de la flamme, d’où le nom d’empoisonnement de la flamme donné pour dénommer leur action. Leur efficacité se révèle par une diminution des vitesses de combustion qui dépend aussi de facteurs extérieurs comme la vitesse de diffusion de l’oxygène dans la zone de combustion, la vitesse de transfert de la chaleur...
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Retardateurs de flammes contenant des halogènes (rfX)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WALL (L.A.) - Analytical chemistry of polymers Part II. - (KLINE (G.) Éd.). Interscience, New York, p. 181 (1962).
-
(2) - GRASSIE (N.) - Chemistry of high polymer degradation processes. - Butterworths, New York, p. 295 (1958).
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(3) - GRASSIE (N.) - Chemistry of high polymer degradation processes. - Butterworths, New York, 240, p. 58 (1958).
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(4) - FUCHS (V.W.), LOUIS (D.) - * - Makromol. Chem., 22, p. 1 (1957).
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(5) - BURHART (W.J.), PARSONS (J.L.) - * - Polymer Sc., 22, p. 249 (1956).
-
(6) - LENZ (R.W.) - Organic chemistry of synthetic high polymer. - Interscience Publishers, p. 740 (1967).
-
...
ANNEXES
1 À lire également dans nos bases
SAINRAT (A.) - Essais normalisés de réaction au feu. - [AM 3 540] Traité Plastiques et Composites, oct. 2005.
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 4589-3 - 1996 - Plastiques. Détermination du comportement au feu au moyen de l'indice d'oxygène. Partie 3 : essai à haute température - -
ASTM D 635 - 2006 - Standard Test Method for Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics in a Horizontal Position - -
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Akzo Nobel http://www.akzonobel.com/com
Alumines Durmax http://www.alumines-durmax.fr
Bayer...
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