EoW March 2009

article technique

et/ou alcalinisé en fonction de la tempéra- ture et de l’oxygène disponible (réactions secondaires). La dégradation doit être contrôlée par l’addition de stabilisateurs. Le stabilisateur de chaleur doit éviter la réaction de déshydrochloration, qui est le processus primaire de dégradation.

Le est normalement additionné afin de réduire l’inflammabilité du PVC plastifié; toutefois cette substance permet également d’arrêter plus efficacement le mécanisme de la chaîne des radicaux en phase gazeuse, mais il augmente la quantité de fumée générée en cas d’incendie. De nombreuses sociétés spécialisées dans le traitement du PVC ont manifesté leur intérêt pour d’autres additifs retardeurs de flamme alternatifs permettant une réduction de l’inflammabilité sans entraîner la production de composants toxiques ou corrosifs. Le retardeur de flamme ne devrait pas influencer négativement les caractéristiques spécifiques du PVC. En outre, il est à souhaiter que toute amélioration de la capacité de résistance à la flamme soit associée à une réduction de la densité des fumées. En cas d’ incendie, le PVC dégage du chlorure d’hydrogène (HCl), avec l’humidité toujours présente dans l’air. Normalement l’on utilise le carbonate de calcium dans le PVC comme agent d’épuration de l’acide et charge économique. En définitive, un retardeur de flamme idéal devrait présenter également ces avantages trioxyde d’antimoine (Sb 2 O 3 ) 3.3 Étude concernant la possibilité d’incorporer les nanofillers dans le PVC Récemment, les nanocomposites poly- mériques (PNC), et notamment les nano- composites polymère/argile, ont suscité un intérêt considérable. Trois différents types de nanocomposites peuvent être obtenus lorsqu’un silicate stratifié est dispersé dans une matrice polymérique. Cela dépend de la nature des composants utilisés tels que la matrice polymérique, le silicate stratifié et le cation organique. Si le polymère ne réussit pas à s’intercaler entre les lamelles de silicate, l’on obtient un microcomposite. Ce composite à phases séparées présente les mêmes propriétés que les microcomposites traditionnels. Outre cette famille classique de composites à base de polymère-charge, l’on peut obtenir deux types de nanocomposites: Structures intercalées se formant • lorsqu’une ou plusieurs chaînes poly- mériques étendues sont intercalées (interposées) avec des couches de silicate Diagramme illustrant trois types principaux de ▲ ▲ nanocomposites pouvant être obtenus lorsqu’un silicate stratifié est dispersé dans une matrice polymérique Intercalés (nanocomposites) Exfoliés (nanocomposites) Phases séparées (microcomposites) Silicate stratifié Polymère

L’action d’un retardeur de flamme consiste à éliminer ou à limiter un des facteurs, en agissant physiquement ou chimiquement (ou des deux façons) sur les produits liquides, solides et gazeux se formant durant le processus. L’action physique est de trois types: Refroidissement du processus de retour • thermique, qui arrête la fourniture de la chaleur nécessaire à poursuivre la • Formation d’une couche de protection, • où le matériau polymérique solide est protégé avec l’oxygène provenant de la phase gazeuse riche, au moyen d’une couche de protection solide ou gazeuse. L’on obtient ainsi une réduction de la chaleur irradiée au polymère, d’où un ralentissement de la pyrolyse, et réduction de l’apport d’oxygène au processus de combustion L’action chimique peut se dérouler comme suit: Réaction en phase gazeuse: Les radicaux • sont générés chimiquement par le retardeur de flamme pour agir sur le processus de combustion La réaction en phase gazeuse condensée • peut avoir lieu en deux modalités différentes. La première consiste en la formation d’une couche de protection de carbone (résidu charbonneux) sur la surface du polymère, présentant les caractéristiques d’un isolant thermique et faisant fonction de barrière entre les produits de la pyrolyse et l’oxygène La seconde consiste en l’augmentation de cette couche entraînant le retard du processus de retour thermique. pyrolyse du matériau polymérique Dilution du mélange de combustion

HCI

PVC

HCI

Réactions en chaîne (“mécanisme zip”)

Les systèmes calcium-zinc représentent une alternative satisfaisante aux stabilisateurs à base de plomb, comme récemment démontré par son utilisation croissante. Les principaux secteurs d’application des systèmes Ca-Zn sont les secteurs du fil et du câble et le secteur des finitions intérieures des voitures, suivis des tuyaux et des profils. été sélectionnés comme stabilisateurs sans plomb puisque leur effet sur le corps humain est négligeable, et donc leur probabilité d’être sujets à des règlements et à des restrictions dans le futur est minimale. En associant les stabilisateurs obtenus de ces métaux, une résine à base de PVC a été développée avec un stabilisateur sans plomb indiquée pour l’utilisation dans les isolements et les revêtements de fils. 3.2 La fonction des retardeurs de flamme dans le PVC Le processus de combustion peut être synthétisé dans les phases suivantes: Réchauffage • Décomposition (pyrolyse) • Allumage et combustion • Propagation avec retour thermique • Le réchauffage du matériau moyennant des sources thermiques extérieures augmente la température du matériau à une vitesse qui dépend de l’intensité de la chaleur émise, des caractéristiques de conductivité thermique du matériau, de la chaleur latente de fusion et de vaporisation et de la chaleur de décomposition. Après avoir atteint une température suffisante, le matériau commence à se dégrader en formant des mélanges gazeux et liquides. Ces mélanges se forment à une vitesse qui est fonction de l’intensité de réchauffage du matériau polymérique. en décomposition, en se mélangeant avec l’air environnant, augmente jusqu’à rentrer dans l’intervalle d’inflammabilité. Dans cette situation, la présence d’une source de chaleur cause l’allumage du mélange. La chaleur générée est partiellement irradiée au matériau (retour thermique) de façon à poursuivre avec la pyrolyse. Les composés métalliques ont La concentration des produits

Cycle de combustion du polymère

Phase gazeuse

oxygène

Substances volatiles

Produits

Flamme

Chaleur

Dispersion

Phase condensée

Polymère

Résidu charbonneux

Cycle de combustion du polymère ▲ ▲

Les retardeurs de flamme additionnés au matériau peuvent être de types différents: Réactif: réagit chimiquement avec le • polymère Additif: mélangé au polymère • Réactif et additif: présent dans le • matériau sous les deux formes Le choix du retardeur de flamme est influencé par les facteurs suivants: Toxicité • Biodégradabilité • Stabilité de la chaleur dans le polymère •

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EuroWire – Mars 2009