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RÉSUMÉ
Les retardateurs de flamme sont des additifs essentiels dans la formulation des matériaux polymères. Avec l’application des nouvelles règles environnementales et sanitaires, les retardateurs de flamme à base de phosphore trouve une place privilégiée dans le marché de ces additifs. Après une description des mécanismes d’action des retardateurs de flamme dans les matériaux polymères, les différentes méthodes de caractérisation du potentiel ignifugeant de ces additifs sont présentées. Ensuite, les retardateurs de flamme phosphorés commerciaux sont passés en revue en mettant en avant l’intérêt de leur structure chimique (organique versus inorganique, degré d’oxydation, aromaticité, synergie d’atomes).
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Lire l’articleAuteur(s)
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Claire NEGRELL : Ingénieur CNRS - Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, Montpellier, France
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Raphaël MÉNARD : Docteur - Institut Charles Gerhardt (ICGM) et Centre des matériaux des Mines d’Alès, ARMINES, Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis plus de 70 ans, les matériaux polymères remplacent peu à peu les matériaux traditionnellement employés et nous entourent constamment sous diverses formes : produits de commodité (emballage, textile), polymères techniques (composites, matériel électronique) ou de spécialités (fibre optique). L’utilisation massive des matériaux polymères dans de multiples domaines d’applications est due à leurs diverses propriétés en fonction de leur structure chimique, à leur facilité de mise en forme et à leur coût de production relativement faible. Cependant, en dépit de leurs évidentes qualités, les matériaux plastiques présentent un caractère fortement inflammable qui entraîne de graves conséquences en cas d’incendie et fait de chaque matériau polymère un combustible en cas de départ de feu. Ce risque potentiel d’incendie ne cesse d’augmenter avec la multiplication et la miniaturisation des équipements électriques, notamment. En France, on a recensé en 2013 plus 300 000 incendies de diverses natures dont environ 140 000 concernent des feux d’habitation et de véhicules et ont occasionné 362 décès et plus de 1 500 médicalisations . On compte également des pertes matérielles considérables (environ 25 milliards d’euros pour l’Europe) dues aux incendies provoqués par l’inflammation de matériaux polymères. La lutte contre ce phénomène constitue donc un enjeu de sécurité publique.
L’ajout de retardateurs de flamme (RF) dans ces matériaux polymères permet de réduire ou de ralentir leur inflammabilité. Il existe de nombreuses familles de retardateurs de flamme, et ces derniers sont adaptés au type de polymère et au type d’utilisation de l’objet final. Les retardateurs de flamme phosphorés (RFP) sont une famille de retardateurs de flamme compatibles avec un grand nombre de polymères et apportant des bonnes propriétés ignifugeantes. Cet article a donc pour but de détailler la nature chimique de ces retardateurs de flamme phosphorés et d’expliquer leurs modes d’action.
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Les retardateurs de flamme phosphorés commerciaux pour les matériaux polymères
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1. L’ignifugation des matériaux polymères
1.1 La combustion des polymères
Un polymère organique est un matériau à forte concentration en carbone et hydrogène, éléments bien connus pour leur comportement réducteur. Chaque polymère représente donc un combustible potentiel dans certaines conditions, à savoir : une température élevée et la présence d’un élément comburant.
La combustion des matériaux polymères se décompose en deux étapes (figure 1) : la première étape de la combustion consiste en la dégradation thermique du polymère. Celle-ci est définie comme un processus physico-chimique complexe d’oxydation en réaction à un échauffement provoqué par un flux thermique externe . Cette étape de dégradation est un phénomène endothermique qui nécessite une énergie supérieure à l’énergie des liaisons du polymère. Premièrement, lorsque l’énergie du flux externe est supérieure aux énergies des liaisons faibles (liaisons van der Walls ou hydrogène), les interactions interchaînes sont rompues et le matériau passe de l’état vitreux à l’état caoutchoutique. Puis, si l’énergie du flux externe est supérieure aux énergies des liaisons covalentes du polymère, alors celles-ci sont rompues, générant ainsi un produit de décomposition. L’étape suivante consiste en l’oxydation des produits de décomposition gazeux combustibles par un comburant, généralement il s’agit de l’oxygène de l’air. Ce sont ces réactions d’oxydo-réduction du couple combustible/comburant qui constituent la flamme. L’inflammation de ces produits de décomposition est dite « spontanée » lorsque le flux thermique externe suffit à amorcer la réaction d’oxydo-réduction, ou bien « provoquée » lorsqu’elle est due à une source d’ignition (gouttelette enflammée, étincelle, particule incandescente…). Cette étape exothermique consomme les gaz de décomposition combustibles en présence d’oxygène...
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L’ignifugation des matériaux polymères
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Ministère de l’intérieur - Les statistiques des services d’incendie et de secours, - édition 2013.
-
(2) - PÁL (G.), MACSKÁSY (H.) - Acta Polymerica, - 43 (6), 361 1992.
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(3) - FELDMAN (D.) - Journal of Polymer Science Part A : Polymer Chemistry, - 29 (2), 292 1991.
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(4) - LYONS (J.W.) - J. Fire Flammability, - 1, 302-311 1970.
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(5) - HINDERSINN (R.R.), WITSCHARD (G.) - Flame Retard. Polym. Mater., - 4, 1-107 1978.
-
(6) - BOCCHINI (S.), CAMINO (G.) - In Halogen-containing flame retardants, - CRC Press : 2010 ; pp 75-105.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Association européenne des retardateurs de flamme http://www.cefic-efra.com/
Groupement technique français contre l’incendie http://www.gtfi.org/
Association américaine des retardateurs de flamme https://flameretardants.americanchemistry.com/
Site d’information sur les retardateurs de flamme http://www.flameretardants-online.com
HAUT DE PAGE
Congrès annuel (au mois de mai) : Conference on Recent Advances in Flame Retardancy of Polymeric Materialsà Stamford, connecticut, USA. http://www.bccresearch.com/conference
Congrès biannuel FRPM – European Meeting on Fire Retardancy and Protection of Materials (toutes les années impaires). http://www.frpm2015.bam.de/en/home/index.htm
Congrès annuel dans un pays de la zone Asie sur les phénomènes de combustion Asia-pacific Conference on Combustion. http://www.cce.tsinghua.edu.cn
Congrès annuel à Cologne en...
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