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Retardateurs de flammes RF des matériaux polymères

Auteur(s) : Laurent FERRY, José-Marie LOPEZ-CUESTA

Date de publication : 10 oct. 2016

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Chimie de la combustion des polymères et ignifugation

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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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ABSTRACT

Flame Retardants for polymeric materials

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

polymères | Réaction au feu

KEYWORDS

polymers | fire retardancy

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de janv. 1999 par Jean BROSSAS

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/materiaux-th11/adjuvants-des-plastiques-42138210/retardateurs-de-flammes-rf-des-materiaux-polymeres-am3237/

RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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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

1 Sites Internet
2 Événements
3 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche

1 Sites Internet

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

2 Événements

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)

4^econférence 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)

1^re conférence ECOFRAM (1st International Conference on ECO-Friendly Flame Retardant Additives and Materials) 17-18 mars 2016, Mons, Belgique

HAUT DE PAGE

3 Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche

Essais normalisés

Laboratoire National de métrologie et...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - RÉACTION AU FEU ET DÉGRADATION THERMIQUE DES POLYMÈRES

1.1 - Échauffement du polymère
1.2 - Dégradation thermique du polymère
1.3 - Oxydation des combustibles
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2 - TYPOLOGIE DES RETARDATEURS DE FLAMME (RF) ET MODES D’ACTION

2.1 - Typologie des retardateurs de flamme
2.2 - Actions physiques ou chimiques des retardateurs de flamme

3 - RETARDATEURS DE FLAMMES INORGANIQUES OU MINÉRAUX

3.1 - Mécanismes d’action
3.2 - Trihydroxyde d’aluminium ou alumine trihydratée (ATH)
3.3 - Dihydroxyde de magnésium (MDH)
3.4 - Autres composés minéraux hydratés ou non hydratés utilisés comme RF
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4 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DES HALOGÈNES

4.1 - Comparaison entre les différents halogènes
4.2 - Mécanisme d’action des halogènes
4.3 - Types de RF halogénés utilisés et exemples d’utilisation

5 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DU PHOSPHORE

5.1 - Différentes structures chimiques des RF phosphorés et leurs modes d’action
5.2 - Phosphore rouge
5.3 - Phosphates inorganiques
5.4 - Phosphates et RF phosphorés organiques
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6 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DE L’AZOTE

7 - SYSTÈMES INTUMESCENTS

7.1 - Composants classiques de systèmes intumescents
7.2 - Mécanisme

8 - EFFETS DE SYNERGIE ET UTILISATION DE NANOPARTICULES

8.1 - Définition et exemples de mise en œuvre
8.2 - Apport des nanoparticules

9 - ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX DES RETARDATEURS DE FLAMME

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10 - CONCLUSION

11 - GLOSSAIRE

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