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article technique
EuroWire – Juillet 2010
Amélioration des propriétés
mécaniques des composés
retardeurs de flamme non
halogénés
Par Jeremy R Austin, Herbert S.-I Chao, Sartomer Company
Résumé
Généralement,
l’on
utilise
des
composés halogénés comme le tetra-
bromobisphenole A ou TBBPA pour réaliser
des articles en plastique ignifuges.
Récemment, la recherche académique a
été penchée sur les retardeurs de flamme
non halogénés, mais ces technologies
alternatives plus sûres ont un impact très
négatif sur les propriétés mécaniques.
Les matériaux de bourrage minéraux
utilisés tels que les retardeurs de flamme
exigent une charge de 60% en poids en
excès pour répondre aux spécifications
ignifuges.
Dans cette étude, l’on utilise les
polybutadiènes liquides fonctionnalisés
(LPBD) pour améliorer l’allongement de
rupture et la résistance à la traction des
composés d’éthylène à base d’acétate
de vinyle (EVA) chargé avec trihydrate
d’aluminium (ATH). La prédispersion des
agents de pontage dans le ATH a permis
d’améliorer l’allongement de plus de
200%. Il a été démontré que les résultats
meilleurs ont été obtenus avec des
charges réduites de fonctionnalité, comme
l’anhydride maléique, l’époxyde et l’amine.
L’inclusion
d’un
monomère
ionique
diacrylique a permis une amélioration du
module de traction, impossible à obtenir
avec des matériaux à base de LPBD.
1 Introduction
Des études scientifiques ont indiqué
que les retardeurs de flamme halogénés
(HFR) sont des polluants très répandus
dans l’environnement. Les émissions
dangereuses générées par la fabrication,
l’élimination ou le recyclage des articles
en plastique contenant des retardeurs
de flamme halogénés (HFR) constituent
une menace tellement grave que certains
d’entre eux ont été déjà éliminés des
appareils
électroniques
et
d’usage
domestique, et l’Union Européenne a
ratifié des lois pour régler l’industrie des
produits plastiques en ce qui concerne leur
élimination.
Face à une législation similaire en vigueur
dans tous les pays, plusieurs marchés dans
le secteur des matériaux plastiques sont à
la recherche de technologies alternatives.
Plusieurs retardeurs de flamme non
halogénés (NHFR) ont été identifiés, tels
que les phosphates d’ammonium, les
composés de mélamine, les nanoparticules
d’argile ou les minéraux hydratés.
Le trihydrate d’aluminium (ATH) est un
matériau de bourrage ignifuge pour
les polymères approuvé et il est sans
halogènes.
Généralement, l’action des retardeurs
de flamme consiste à retarder l’allumage
en enlevant le feu du combustible ou
en réduisant la température d’allumage.
Toutefois, l’ATH dégage de la vapeur d’eau
durant la décomposition, qui l’on estime
enlève de la chaleur du substrat et dilue
l’alimentation du combustible.
Une fois carbonisé, le résidu de Al
2
O
3
inhibe la migration de l’oxygène et
des composés volatiles dégagés par
le polymère qui peut faire augmenter
davantage la réaction exothermique.
Dans la majorité des applications, l’on
peut utiliser une simple stratégie de
substitution, en remplaçant un HFR par
un NHFR. Dans quelques cas, comme dans
le cas des minéraux hydratés tels que le
trihydrate d’aluminium ou l’hydroxyde de
magnésium, la transition est plus difficile.
Afin d’obtenir la propriété ignifuge requise,
des charges élevées de ATH souvent en
excès de 60% en poids sont nécessaires.
Lorsque la fraction de volume du matériau
de bourrage inorganique dépasse 50%,
les propriétés physiques du composé
subissent une détérioration marquée.
Plentz
et al
1
ont démontré que dans les
composés de PP contenant ATH, il existait
une relation entre la charge du matériau
de bourrage et les dimensions de l’agrégat.
Cette découverte indique qu’une charge
élevée de matériau de bourrage, outre à
compromettre les propriétés physiques,
cause également l’agrégation de l’ATH au
fur et à mesure que la charge augmente.
Plusieurs études ont démontré que
l’addition d’un polymère fonctionnalisé
représente une méthode efficace pour
modifier l’adhérence de l’interface à la
limite organique/inorganique dans les
composés polymériques
2,3,4
.
Mai
et al
5
ont démontré que l’inclusion
d’acide acrylique modifié au moyen
de greffage dans les composés PP-ATH
entraîne une interaction chimique entre
les groupes carboxylique et hydroxylique
respectivement dans le polymère et dans
le matériau de bourrage.
Il a été également démontré que
l’amélioration de l’adhésion de l’interface
entraîne également l’amélioration des
propriétés thermiques et mécaniques.