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1 - RÉACTION AU FEU ET DÉGRADATION THERMIQUE DES POLYMÈRES

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

4 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DES HALOGÈNES

5 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DU PHOSPHORE

6 - RETARDATEURS DE FLAMMES CONTENANT DE L’AZOTE

7 - SYSTÈMES INTUMESCENTS

8 - EFFETS DE SYNERGIE ET UTILISATION DE NANOPARTICULES

9 - ASPECTS ENVIRONNEMENTAUX DES RETARDATEURS DE FLAMME

10 - CONCLUSION

11 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : AM3237 v2

Réaction au feu et dégradation thermique des polymères
Retardateurs de flammes RF des matériaux polymères

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

Relu et validé le 23 oct. 2020

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Version en anglais English

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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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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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-am3237


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Version en anglais English

1. Réaction au feu et dégradation thermique des polymères

La réaction au feu désigne la façon dont un matériau va se comporter en tant que combustible. Les matériaux polymères organiques brûlent pratiquement dans tous les cas, lorsque des conditions spécifiques de température et d’oxydabilité sont remplies. Pour autant, si certains polymères, tels les polyoléfines brûlent facilement, seules des températures et taux d’oxygène extrêmes sont à même d’entraîner l’inflammation de polymères thermostables ou fortement fluorés tels le PEEK ou le PTFE. La combustion des polymères implique une série de processus complexes qui dépendent de la composition chimique du matériau et des caractéristiques de son environnement. De manière simplifiée, on peut distinguer 3 étapes successives : l’échauffement du matériau, sa dégradation thermique, l’oxydation des produits de dégradation.

1.1 Échauffement du polymère

Cette étape dépend des propriétés radiatives (absorptivité, réflectivité, émissivité) qui gouvernent l’absorption du flux de chaleur par le matériau, des propriétés thermophysiques (densité, capacité thermique, conductivité thermique, enthalpie de fusion) qui gouvernent le transfert de chaleur par conduction au sein du matériau. Les échanges thermiques par convection à la surface du matériau jouent également un rôle important au cours de cette étape.

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1.2 Dégradation thermique du polymère

Au cours de cette étape, le matériau macromoléculaire est décomposé en différents composés de plus faible masse molaire. Les réactions de décomposition dépendent de la présence ou non d’oxygène dans l’environnement. En absence d’oxygène, on parle de pyrolyse tandis qu’en présence d’oxygène on parle de thermo-oxydation.

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1.2.1 Pyrolyse

Dans les polymères purs, en absence d’oxygène, l’amorçage de la dégradation s’effectue :

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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).

  • (7)...

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

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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)

4conférence 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

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

Essais normalisés

Laboratoire National de métrologie et d’Essais...

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