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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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Glossaire
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7. Annexe
7.1 Morphologie et texture des nanoparticules
Lorsque l’on cherche à décrire un nanomatériau, les paramètres suivants sont à considérer : la taille, la distribution en taille, la forme, le facteur de forme et la surface spécifique des particules.
La taille d’une nanoparticule sphérique peut aisément être évaluée grâce à son diamètre ; de cette donnée découle alors les autres caractéristiques géométriques de la particule (volume, surface spécifique…). Mais comment définir la taille d’une nanoparticule lorsque sa forme se complexifie ? La solution consiste à utiliser le diamètre équivalent de la particule correspondant au diamètre d’une sphère équivalente ayant une même caractéristique que la particule en question. Mais la mesure de la taille d’un grain extrait de l’échantillon n’apporte souvent que très peu d’information et se révèle sans intérêt. Par contre, la mesure de la distribution des tailles de grains apporte des informations sur les tailles mises en jeu ainsi que sur les proportions de chaque taille de particules présentes dans le matériau. Dans les matériaux granulaires naturels ou industriels, les grains ne sont que rarement de la même taille, on parle alors de polydispersité des tailles.
Il faut en outre compléter cette information par la description de la forme de la particule. Ceci devient possible grâce à un paramètre appelé facteur de forme.
C’est un nombre sans dimension qui peut être défini par rapport au volume ou par rapport à la surface de la particule selon :
avec Φ V facteur de forme volumique
avec Φ S facteur de forme surfacique et d le diamètre équivalent choisi.
Parmi la diversité des nanocharges utilisées en tant que retardateur de flamme, il peut s’avérer que certaines d’entre elles peuvent comporter des cavités, appelés pores, ouvertes ou non sur l’extérieur. Les...
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Annexe
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).
-
(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).
-
(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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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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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