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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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Effets de synergie et utilisation de nanoparticules
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7. Systèmes intumescents
Les systèmes intumescents sont des systèmes qui gonflent sous l’irradiation thermique comme illustré par la figure 3. 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 peuvent réagir 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.
7.1 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 sulfuriques, 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…), des polymères susceptibles de charbonner (polyamide 6, polyuréthane thermoplastique.) ;
-
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 le 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...
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Systèmes intumescents
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).
-
(3) - FUCHS (V.W.), LOUIS (D.) - * - Makromol. Chem. 22, 1 (1957).
-
(4) - BURHART (W.J.), PARSONS (J.L.) - * - Polymer Sc. 22, 249 (1956).
-
(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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