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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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Flame retardants are chemicals meant to improve the reaction-to-fire of polymers and composites, and enable their use in conformity with fire safety regulations. The development of flame retardants is determined by their specific action on flammability, their ability to avoid degradation of other functional properties, and their environmental and toxicological impacts. This article details the problematics of polymer flammability, the mechanisms of action of the different classes of flame retardants, and synergistic effects. Finally, environmental issues, particularly those connected to the life cycle of polymers are addressed.
Auteur(s)
-
Laurent FERRY : Professeur, Centre des Matériaux de l’École des Mines d’Alès (C2MA)
-
José-Marie LOPEZ-CUESTA : Professeur, Centre des Matériaux de l’École des Mines d’Alès (C2MA)
INTRODUCTION
Il existe un grand nombre de retardateurs de flammes RF qui permettent aux matériaux polymères les comportant d’être utilisables dans des applications pouvant représenter un risque incendie. L’incorporation des RF vise à satisfaire les tests normalisés de réaction au feu. Les RF sont souvent adaptés au type d’utilisation de l’objet fabriqué in fine et non reliés à des valeurs thermodynamiques intrinsèques. Les soucis initiaux des industriels et du législateur ont surtout concerné l’efficacité des retardateurs de flammes vis-à-vis des performances intrinsèques de réaction au feu, d’émission de fumées, de toxicité intrinsèque des RF et de maîtrise des modifications des propriétés des polymères liées à leur utilisation. Depuis les années 90, les aspects environnementaux et toxicologiques jouent un rôle croissant dans le développement, l’utilisation et plus globalement dans le cycle de vie des matériaux polymères ignifugés. Ces problématiques ont conduit au retrait de certains types de RF et favorisé l’émergence de nouvelles solutions. En raison de la croissance considérable des plastiques et composites ignifugés dans les déchets, particulièrement dans les déchets d’équipements électriques et électroniques (D3E), des réglementations spécifiques sont apparues en vue de maîtriser leur recyclage. De même, l’utilisation de nouveaux systèmes retardateurs de flamme comportant notamment des nanoparticules dans les déchets de matières plastiques entraîne depuis peu des recherches sur l’adaptation des incinérateurs à de nouvelles formulations de matériaux ignifugés.
Après l’exposé de données de base sur la réaction au feu des polymères et sur leurs principales voies de dégradation, les méthodes générales de l’amélioration de leur réaction au feu sont abordées dans cet article. Les différentes familles de retardateurs de flammes sont décrites ainsi que leurs mécanismes d’action et leurs possibles synergies. Les aspects environnementaux et toxicologiques sont abordés en fin d’article.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
polymers | fire retardancy
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1999 par Jean BROSSAS
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Retardateurs de flammes contenant du phosphore
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4. Retardateurs de flammes contenant des halogènes
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 RF halogénés augmente dans l’ordre :
Malgré 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 ne commencerait à agir en phase gazeuse et donc à être efficace que lorsque 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. Par ailleurs, 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...
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Retardateurs de flammes contenant des halogènes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WALL (L.A.) - Analytical chemistry of polymers Part II (G. Kline Éd.). Interscience, New-York, - p. 181 (1962).
-
(2) - GRASSIE (N.) - Polymer Degradation and Stabilization. Cambridge University Press, - Cambridge (1985).
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(3) - FUCHS (V.W.), LOUIS (D.) - * - Makromol. Chem. 22, 1 (1957).
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(4) - BURHART (W.J.), PARSONS (J.L.) - * - Polymer Sc. 22, 249 (1956).
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(5) - LENZ (R.W.) - Organic chemistry of synthetic high polymer. - Interscience Publishers p. 740 (1967).
-
(6) - CROWL (D.A.) - Understanding explosion. - CCPS Publication (2003).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Essais normalisés de réaction au feu.
-
Comportement au feu des composites.
ANNEXES
Newsletter PolyFlame http://polymer-fire.com/newsletters/
Producteurs de retardateurs de flamme : PINFA (Phosphorus, Inorganic & Nitrogen Flame Retardants Association) http://www.pinfa.org
EFRA (European Flame Retardant Association) http://www.cefic-efra.com
HAUT DE PAGE
International Conference Fire and Materials 2015 2-4 Février 2015, San Francisco, USA
15th European Meeting on Fire Retardancy and Protection of Materials (22-25 juin 2015, Berlin, Allemagne)
4e conférence nationale organisée par le groupe ‹ Dégradation thermique et reaction au feu des matériaux organiques › de la Société Chimique de France (11-12 mars 2015, Université de Lorraine, St Avold, France)
1re conférence ECOFRAM (1st International Conference on ECO-Friendly Flame Retardant Additives and Materials) 17-18 mars 2016, Mons, Belgique
HAUT DE PAGE3 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche
Essais normalisés
Laboratoire National de métrologie et...
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