Quels sont les types de retardateurs de flamme inorganiques ?

Les retardateurs de flamme inorganiques sont une classe de retardateurs de flamme qui contiennent des minéraux ajoutés à des matériaux tels que les plastiques, le caoutchouc, les peintures et les câbles. Ces types de retardateurs de flamme sont apparus comme un remplacement des produits chimiques contenant des halogènes traditionnellement utilisés par l'industrie.

L'aspect le plus remarquable de ces composés a été la nature écologique de leurs réactions au contact du feu. Les retardateurs de flamme halogénés réagissent avec le feu et libèrent des substances très nocives, tandis que les retardateurs de flamme inorganiques produisent une quantité minimale de fumée et ne libèrent que des substances inoffensives telles que l'eau. Ils sont également extrêmement abordables et donc largement utilisés à l'échelle industrielle en raison des exigences de sécurité modernes, qui réglementent la quantité de fumée et le niveau de toxicité à l'intérieur.

Cet article décrit en détail diversretardateurs de flamme inorganiques, explique leur fonctionnement et donne des conseils pour leur formulation.

Parmi tous les types de retardateurs de flamme inorganiques, les hydroxydes métalliques sont les plus utilisés. Il s'agit notamment de l'hydroxyde d'aluminium, également connu sous le nom de trihydrate d'aluminium (ATH) dans le secteur industriel, et de l'hydroxyde de magnésium (MDH). Tous deux agissent par refroidissement, mais peuvent être appliqués dans différents procédés de fabrication en raison de leur incapacité à résister à des températures élevées.

L'hydroxyde d'aluminium est relativement bon marché et se présente sous forme de poudre cristalline blanche. Une fois chauffé à 200°C-220°C, il provoque une réaction endothermique, ce qui signifie qu'il absorbe beaucoup d'énergie du feu qui brûle. Au cours du processus, il libère de la vapeur. Cette vapeur contribue à réduire l'inflammabilité des gaz, tandis que l'oxyde d'aluminium protège le matériau contre l'inflammation en créant un film mince à sa surface. En raison de sa faible température de décomposition, il convient aux polymères ayant de basses températures de traitement, comme le PVC, le PE et le caoutchouc.

Le MDH repose sur le même concept, bien que le MDH présente une très haute stabilité thermique. Le composé ne commence à libérer son eau liée qu'à une température de 340 °C. Il est donc idéal pour une utilisation dans les thermoplastiques techniques tels que le PP ou le nylon en raison de leur haute stabilité thermique.

L'ATH et le MDH sont largement utilisés dans l'isolation des fils et câbles, les matériaux de construction et l'électronique en raison de leur excellente suppression de la fumée. Cependant, comme ils reposent sur la libération physique d'eau pour lutter contre le feu, ils nécessitent des niveaux de charge élevés, représentant souvent 50 % à 65 % du poids total du composé.

Lorsque ces matériaux sont utilisés en grandes quantités, les minéraux non couchés créent une mauvaise compatibilité, entraînant des plastiques fragiles, ainsi qu'une réduction significative de leur résistance à la traction. Afin de résoudre ce problème, les fabricants n'utilisent que des minéraux à surface couchée. L'application de silanes ou d'acides gras comme agents de couchage aide à assurer une bonne compatibilité de la charge avec le plastifiant.

Lorsque les hydroxydes métalliques simples ne parviennent pas à satisfaire des normes d'inflammabilité strictes, ou lorsque l'utilisation élevée de ces additifs compromet les performances du matériau, les chimistes se sont tournés vers d'autres retardateurs inorganiques. Ces matériaux peuvent parfois fonctionner selon des mécanismes chimiques, comme la carbonisation, ou servir d'améliorateurs de performance.

Contrairement à l'effet refroidissant des hydroxydes, le phosphore rouge et l'APP exercent leur influence par des réactions de condensation et créent une couche isolante en agissant physiquement. Une fois qu'un incendie se développe, ces matériaux phosphorés interagissent avec le matériau polymère dégradé et créent un épais revêtement carbonisé à sa surface. Cette couche sert de barrière thermique, empêchant l'accès de l'oxygène au plastique en combustion et l'échappement des vapeurs combustibles vers la zone de flamme. L'APP est souvent utilisé comme ingrédient pour les matériaux intumescents (ceux qui gonflent à la chaleur), tandis que le phosphore rouge micro-encapsulé est un excellent retardateur de flamme pour les applications électroniques.

Le borate de zinc est un additif multifonctionnel généralement utilisé comme agent de soutien plutôt que comme retardateur de flamme autonome. Lorsqu'il est chauffé à environ 290°C, il libère de l'eau d'hydratation, mais son principal atout est de promouvoir une couche vitreuse riche en bore sur la surface en combustion. Cette couche de verre stabilise le charbon, empêche le dégoulinement et agit comme un excellent suppresseur de fumée. Il est fréquemment associé à des hydroxydes métalliques pour améliorer le contrôle de la post-combustion, c'est-à-dire qu'il empêche le matériau de couver après l'extinction de la flamme nue.

Le trioxyde d'antimoine ne possède pas de fortes propriétés ignifuges en soi. Il agit plutôt comme un synergiste, c'est-à-dire qu'il amplifie d'autres additifs. Lorsqu'il est associé à des composés halogénés ou à des systèmes inorganiques spécifiques, il subit des réactions en phase gazeuse qui éteignent agressivement les radicaux libres dans la flamme. Il permet aux fabricants d'atteindre des indices de sécurité incendie élevés tout en utilisant une concentration globale plus faible d'additifs.

Lors du travail avec ces additifs secondaires, la granulométrie est une variable critique. Les qualités à fines particules (généralement inférieures à 2,5 microns) fournissent une surface spécifique plus élevée, ce qui augmente considérablement la performance au feu et assure une finition de surface lisse sur les pièces extrudées. Cependant, les poudres très fines ont une tendance naturelle à s'agglomérer pendant le mélange. L'utilisation d'équipements de compoundage à haut cisaillement est nécessaire pour assurer une dispersion uniforme dans la matrice polymère.

L'intégration réussie des retardateurs de flamme inorganiques dans une ligne de production nécessite un équilibre entre les normes de sécurité incendie, l'intégrité des matériaux et le coût.

La toute première étape consiste à faire correspondre la stabilité thermique du retardateur de flamme à la température de transformation à l'état fondu de votre polymère. Tenter d'extruder un profilé en polypropylène à 240°C en utilisant de l'ATH standard provoquera la décomposition de l'additif à l'intérieur du fourreau de l'extrudeuse, ruinant le lot avec des bulles de vapeur piégées. Pour les applications à haute température, des qualités de MDH ou de borate de zinc homologuées jusqu'à 300°C doivent être spécifiées. Inversement, pour les gaines de câbles en PVC à basse température, l'ATH économique est très efficace.

La principale limitation dans l'utilisation des retardateurs de flamme minéraux est la grande quantité qui doit être ajoutée pour répondre à des critères stricts tels que les normes de test UL 94 V-0. L'ajout de 60% de poudre minérale sous sa forme brute à un composé polymère entraîne une viscosité à l'état fondu élevée, ce qui se traduit par des exigences de pression élevées pendant la production et une faible élongation à la rupture du produit. Ce défi peut être surmonté en utilisant l'une des trois méthodes suivantes :

Conseil pratique : Lors de l'utilisation de synergistes à haute efficacité tels que le SF-600, assurez-vous que l'additif est soigneusement prémélangé avec d'autres auxiliaires avant de le mélanger à la résine. Cela garantit une dispersion uniforme et une résistance à la flamme stable sur l'ensemble du lot.

Malgré toutes les difficultés mentionnées, les composés inorganiques sont très précieux lorsqu'ils sont utilisés pour la production en masse de divers matériaux tels que les panneaux de construction, les pièces automobiles ou les câbles de systèmes de transport. Ils rendent les coûts des matériaux assez stables et aident à prévenir les interdictions possibles des produits finis liées aux substances halogénées. Il est très important de toujours tester vos formules en petits lots et d'ajuster à l'avance votre couple d'extrusion et vos propriétés mécaniques.

Les retardateurs de flamme inorganiques sont un moyen très sûr et écologique de rendre les produits plus résistants au feu. Grâce à divers phénomènes naturels tels que l'absorption de chaleur endothermique, la dilution par la vapeur et la création de couches protectrices, ces matériaux protègent les produits sans utiliser d'halogènes. Les fabricants de polymères doivent choisir leurs ingrédients avec le plus grand soin pour produire des produits sûrs et compétitifs.

Chaque matrice et processus de production a des caractéristiques différentes. N'hésitez pas à contacter notre équipe technique dès aujourd'huipour les fiches techniques produits, les commandes d'échantillons ou le développement de formules spéciales pour vos produits.