Retardateurs de flammes : Systèmes intumescents

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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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Auteur(s)

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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MOTS-CLÉS

polymères Réaction au feu

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

Version courante de oct. 2016 par Laurent FERRY, José-Marie LOPEZ-CUESTA

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3237

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Plastiques et composites

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Conclusions

9. Systèmes intumescents

Les systèmes intumescents sont des systèmes qui gonflent sous l’irradiation thermique. Le matériau se trouve alors protégé du flux de chaleur par une couche alvéolaire à faible conductivité thermique. Par ailleurs, cette couche cellulaire protectrice diminue la vitesse de diffusion des gaz issus de la pyrolyse du polymère vers la zone de combustion ainsi que la vitesse de dégradation du matériau. Sur le plan chimique, le polymère ou ses produits de dégradation réagissent ensuite avec certains composants du retardateur de flamme. Ce type de protection comprend dans sa formulation une source d’acide inorganique, un composé polyhydrique et des agents gonflants.

9.1 Composants classiques de systèmes intumescents

La composition de ces systèmes est décrite comme comprenant en général :

une source d’acide ou de précurseur d’acide comme les acides sulfurique, phosphoriques, boriques..., leurs dérivés organiques ou non comme les phosphates d’urée, les phosphates de mélamine, les phosphates acides d’ammonium, les polyphosphates d’ammonium, les sulfates d’ammonium, les borates d’ammonium... ;
une source de composés hydroxylés susceptibles de se déshydrater comme le pentaérythritol, des sucres (arabinose, maltose...), des composés polyholosides macromoléculaires (cellulose, amidon...) ;
un agent générateur de gaz facilitant l’expansion : la mélamine (NH₃, CO₂, H₂O), la guanidine (NH₃, CO₂, H₂O), l’urée (NH₃, CO₂, H₂O), les paraffines chlorées (HCl), le caoutchouc chloré (HCl)... ;
un liant : le polymère par lui-même ou des produits de dégradation ou un liant spécifique doivent recouvrir la mousse au moment de l’expansion d’une peau qui empêche au gaz de s’échapper. Cette peau ne doit pas durcir trop vite mais rester thermoplastique un certain temps pour avoir un effet optimal. Ce rôle peut être joué par les caoutchoucs chlorés qui se ramollissent quand la température s’élève et agissent simultanément comme agent gonflant par libération d’HCl.

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9.2 Mécanisme

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