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RÉSUMÉ
L’industrie des polymères occupe une large place au niveau mondial. Les polymères sont utilisés dans tous les aspects de la vie quotidienne grâce à leurs propriétés spécifiques concurrençant ainsi les matériaux traditionnels. Cependant ils possèdent une vulnérabilité à l’égard des incendies. L’ajout de composés retardateurs de flamme est donc nécessaire pour renforcer leur comportement au feu. Dans cet article les différentes familles de retardateurs de flamme utilisés dans l’industrie des polymères sont présentées à l’exclusion des phosphorés et halogénés. Leurs mécanismes d’action sont détaillés et des exemples d’application sont donnés. Une partie est consacrée aux retardateurs de flamme biosourcés dont le développement constitue un champ d’investigation en plein essor.
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Polymers are omnipresent in all aspects of daily life thanks to their specific properties that let them outcompete traditional materials. However, they have a certain vulnerability to fire. Their fire resistance is therefore improved by incorporating fire retardant compounds. In this article, the different families of flame retardants used in the polymer industry are presented, with the exception of halogenated and phosphorus compounds. Their mechanisms of action are detailed, and some examples of application are given. A section is devoted to bio-based flame retardants, whose development forms a still modest, but rapidly expanding area of investigation.
Auteur(s)
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Marianne COCHEZ : Maître de Conférences Docteur en Chimie des Matériaux de l’université Montpellier 2 - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France.
-
Christelle VAGNER : Maître de Conférences Docteur en Chimie-Physique de l’université de Lorraine - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 Université de Lorraine/CentraleSupélec et Laboratoire MADIREL UMR 7246, Aix Marseille Université, Marseille, France.
-
Henri VAHABI : Maître de Conférences Docteur en Chimie et Physico-Chimie des Matériaux de l’université Montpellier 2 - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France.
-
Michel FERRIOL : Professeur des Universités Docteur d’État ès-Sciences, Université Claude Bernard-Lyon I - Laboratoire Matériaux Optiques Photonique et Systèmes EA 4423 Université de Lorraine/CentraleSupélec, Metz, France.
INTRODUCTION
La production industrielle des polymères de commodité s’est fortement développée dans les années 1960, entraînant, de fait, l’augmentation du risque d’incendies. Pour pallier celui-ci, l’industrie a tout d’abord cherché à diminuer l’inflammabilité des matériaux polymères en y ajoutant des composés retardateurs de flamme. Par la suite, il s’est agi également de diminuer les quantités de fumées produites et leur toxicité, à l’origine de la majorité des décès lors d’un incendie. Les retardateurs de flamme halogénés ont ainsi démontré leur efficacité. Cependant, pour des raisons environnementales (en particulier, la dissémination des retardateurs de flamme dans l’écosystème) et malgré leurs performances remarquables, la plupart des retardateurs de flamme halogénés ont été mis à l’index au niveau européen au début des années 2000 à cause de leur toxicité intrinsèque et du dégagement massif de gaz corrosifs lors de la combustion. Ceci a entraîné la recherche et le développement de nouvelles solutions sans halogènes.
À l’heure actuelle, les questions liées au développement durable et au changement climatique devenant prégnantes, il s’avère aussi nécessaire de développer des matériaux et des systèmes retardateurs de flamme s’inscrivant largement dans une politique de durabilité.
Actuellement, quatre grandes familles dominent le marché des retardateurs de flamme qui représentait, en 2011, 1,9 millions de tonnes pour un montant de 4,8 milliards de dollars. En volume, leurs parts de marché se décomposent approximativement ainsi :
-
40 % pour les composés minéraux ;
-
30 % pour les composés halogénés (essentiellement bromés) ;
-
15 % pour les composés phosphorés organiques et minéraux ;
-
15 % pour l’oxyde d’antimoine et autres composés (principalement azotés).
L’objet de cet article est donc de présenter ces différents types de retardateurs de flamme, utilisés ou utilisables dans l’industrie de transformation des polymères ainsi que, de façon prospective, les nouvelles solutions durables envisagées. Les retardateurs de flamme halogénés ont été exclus du champ couvert par cet article, pour les raisons exposées plus haut, en outre ils font l’objet d’un article paru dans les Techniques de l’Ingénieur : [AM3237]. Quant aux retardateurs de flamme phosphorés, ils font également l’objet d’une autre publication des Techniques de l’Ingénieur : [AF6047].
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KEYWORDS
flame retardants | polymers | bio-based compounds | action mechanisms
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Composés nanométriques
En anglais
2. Composés azotés
Les retardateurs de flamme azotés constituent une petite partie de la consommation mondiale des retardateurs de flamme dans le domaine de l’ignifugation. Cependant, un intérêt particulier porte actuellement sur le développement de ce type de retardateurs de flamme et de ses combinaisons avec les retardateurs de flamme phosphorés. Les gaz libérés lors de la combustion de polymères contenant ces retardateurs de flamme sont moins toxiques et peu corrosifs. Les retardateurs de flamme azotés ne présentent pas d’antagonisme avec des stabilisants de lumière tels que les HALS (Hindered Amine Light Stabiliser), ce qui est important pour des matières ignifugées avec une longue durée de vie. De plus, ils présentent souvent une température de dégradation élevée. Ceci est un avantage en cas de recyclage (extrusion multiple) des polymères ignifugés avec ces retardateurs de flamme . Les retardateurs de flamme azotés sont souvent utilisés en synergie avec les retardateurs de flamme phosphorés mais peuvent aussi être utilisés seuls dans certains cas.
2.1 Modes d’action
Les mécanismes d’action des retardateurs de flamme azotés sont essentiellement la dilution de la phase gazeuse par la libération de gaz (NH3, N2), les réactions de décomposition endothermique ainsi que l’action en phase condensée.
Ils peuvent être classés en trois grandes familles selon les quantités (tonnages) utilisées.
HAUT DE PAGE
La mélamine est une poudre cristalline. Elle contient 67 % en masse d’atomes d’azote. La sublimation de la mélamine intervient à partir de 200 °C. Ce phénomène endothermique (ΔH = 125 kJ/mol) est bénéfique dans le cadre de l’ignifugation des polymères. Par conséquent, un polymère contenant, par exemple, 20 % de mélamine et avec une...
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Composés azotés
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOURITZ (A.P.), GIBSON (A.G.) - Fire properties of polymer composite materials. - Springer, ch.8, p. 237 (2006).
-
(2) - HORNSBY (P.R.) - The application of magnesium hydroxide as a fire retardant and smoke-suppressing additive. - Fire Mater., 18, p. 269-276 (1994).
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(3) - DASARI (A.), YU (Z.), CAI (G.), MAI (Y.) - Recent developments in the fire retardancy of polymeric materials. - Progr. Polym. Sci., 38, p. 1357-1387 (2013).
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(4) - NGOHANG (F.), FONTAINE (G.), GAY (L.), BOURBIGOT (S.) - Smoke composition using MLC/FTIR/ELPI : application to flame retarded ethylene vinyl acetate. - Polym. Degrad. Stab., 115, p. 89-109 (2015).
-
(5) - LIU (S.), HUANG (J.), JIANG (Z.), ZHANG (C.), ZHAO (J.), CHEN (J.) - Flame retardance and mechanical properties of a polyamide 6/polyethylene/surface-modified metal hydroxide ternary composite via a master-batch method. - J. Appl. Polym. Sci., 117, p. 3370-3378 (2010).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Newsletter PolyFlame
http://polymer-fire.com/newsletters/
Flame retardants-online
http://www.flameretardants-online.com
HAUT DE PAGE
Congrès FRPM (Fire Retardancy and Protection of Materials) a lieu tous les deux ans en Europe.
Congrès MoDeSt (Modification, Degradation and Stabilization on Polymers) a lieu ECOFRATI les deux ans en Europe.
http://www.modest-society.org/
Congrès ECOFRATI (Eco-Friendly Flame Retardant Additives and Materials) a lieu tous les deux ans en Europe.
Congrès Eurofillers a lieu tous les deux ans en Europe.
Congrès BCC (27th Conference on Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materials) a lieu tous les ans aux États-Unis.
http://www.bccresearch.com/conference/flame/
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