Les retardateurs de flamme à base de phosphore sont des retardateurs de flamme très efficaces, fiables et largement utilisés, qui ont suscité un vif intérêt chez les chercheurs. Des progrès remarquables ont été réalisés dans leur synthèse et leur application.
1. Application de retardateurs de flamme à base de phosphore dans le PP
Les propriétés physiques du polypropylène (PP) sont essentielles à ses applications industrielles. Cependant, son indice limite d'oxygène (LOI) n'est que d'environ 17,5 %, ce qui le rend très inflammable et provoque une combustion rapide. L'intérêt des matériaux en PP pour les applications industrielles dépend à la fois de leur résistance au feu et de leurs propriétés physiques. Ces dernières années, la microencapsulation et la modification de surface sont devenues les principales tendances en matière de matériaux en PP ignifuges.
Exemple 1 : Du polyphosphate d’ammonium (APP) modifié par un agent de couplage silane (KH-550) et une solution éthanolique de résine silicone a été appliqué à des matériaux en polypropylène (PP). Lorsque la fraction massique d’APP modifié a atteint 22 %, l’indice limite d’oxygène (LOI) du matériau a augmenté jusqu’à 30,5 %, tandis que ses propriétés mécaniques restaient conformes aux exigences et surpassaient celles des matériaux en PP ignifugés avec de l’APP non modifié.
Exemple 2 : L’APP a été encapsulée dans une coque composée de mélamine (MEL), d’huile de silicone hydroxylée et de résine formaldéhyde par polymérisation in situ. Les microcapsules ont ensuite été combinées à du pentaérythritol et appliquées sur des matériaux en PP pour les rendre ignifuges. Le matériau a présenté une excellente résistance au feu, avec un indice limite d’oxygène (LOI) de 32 % et un classement UL94 V-0 au test de combustion verticale. Même après un traitement d’immersion dans l’eau chaude, le composite a conservé de bonnes propriétés ignifuges et mécaniques.
Exemple 3 : L’APP a été modifié par revêtement d’hydroxyde d’aluminium (ATH), puis mélangé à du dipentaérythritol dans un rapport massique de 2,5:1 pour être utilisé dans des matériaux en PP. Lorsque la fraction massique totale de retardateur de flamme était de 25 %, l’indice limite d’oxygène (LOI) atteignait 31,8 %, la classification de résistance au feu était V-0 et le taux de dégagement de chaleur maximal était significativement réduit.
2. Application d'ignifugeants à base de phosphore dans le PS
Le polystyrène (PS) est hautement inflammable et continue de brûler même après la disparition de la source d'ignition. Pour pallier les problèmes liés à un fort dégagement de chaleur et à une propagation rapide des flammes, les retardateurs de flamme à base de phosphore et sans halogène jouent un rôle essentiel dans la protection du PS contre la flamme. Les méthodes courantes de traitement ignifuge du PS comprennent le revêtement, l'imprégnation, l'application au pinceau et le traitement ignifuge par polymérisation.
Exemple 1 : Un adhésif ignifuge à base de phosphore pour polystyrène expansible a été synthétisé par la méthode sol-gel à partir de N-β-(aminoéthyl)-γ-aminopropyltriméthoxysilane et d’acide phosphorique. Une mousse de polystyrène ignifuge a été préparée par enduction. À une température supérieure à 700 °C, la mousse de polystyrène traitée avec cet adhésif a formé une couche carbonisée supérieure à 49 %.
Des chercheurs du monde entier ont introduit des structures ignifuges phosphorées dans des composés vinyliques ou acryliques, qui sont ensuite copolymérisés avec du styrène pour produire de nouveaux copolymères de styrène phosphorés. Des études montrent que, comparativement au polystyrène pur, ces copolymères présentent un indice limite d'oxygène (LOI) et un résidu carboné nettement améliorés, ce qui témoigne d'une stabilité thermique et d'une ignifugation supérieures.
Exemple 2 : Un macromonomère hybride de phosphate oligomère à terminaison vinyle (VOPP) a été greffé sur la chaîne principale du PS par copolymérisation par greffage. Le copolymère greffé a présenté des propriétés ignifuges grâce à un mécanisme en phase solide. L’augmentation de la teneur en VOPP a entraîné une hausse de l’indice limite d’oxygène (LOI), une diminution du pic de dégagement de chaleur et du dégagement de chaleur total, ainsi que la disparition de l’écoulement de matière fondue, démontrant ainsi des effets ignifuges significatifs.
De plus, les retardateurs de flamme inorganiques à base de phosphore peuvent être liés chimiquement à des retardateurs de flamme à base de graphite ou d'azote pour être utilisés dans l'ignifugation du polystyrène. L'application de ces retardateurs de flamme à base de phosphore sur le polystyrène peut également se faire par revêtement ou brossage, améliorant ainsi considérablement son indice limite d'oxygène (LOI) et le taux de résidu carboné.
3. Application des retardateurs de flamme à base de phosphore dans le PA
Le polyamide (PA) est hautement inflammable et dégage une quantité importante de fumée lors de sa combustion. Étant donné son utilisation répandue dans les composants et équipements électroniques, le risque d'incendie est particulièrement élevé. Grâce à la structure amide de sa chaîne principale, le PA peut être ignifugé par diverses méthodes, les retardateurs de flamme, qu'ils soient additifs ou réactifs, se révélant très efficaces. Parmi les PA ignifuges, les sels de phosphinate d'alkyle sont les plus couramment utilisés.
Exemple 1 : De l’isobutylphosphinate d’aluminium (A-MBPa) a été ajouté à une matrice de PA6 pour préparer un matériau composite. Lors des essais de résistance au feu, l’A-MBPa s’est décomposé avant le PA6, formant une couche de carbone dense et stable qui a protégé ce dernier. Le matériau a atteint un indice limite d’oxygène (LOI) de 26,4 % et un classement de résistance au feu V-0.
Exemple 2 : Lors de la polymérisation de l’hexaméthylènediamine et de l’acide adipique, 3 % en poids de l’oxyde de bis(2-carboxyéthyl)méthylphosphine (CEMPO), un retardateur de flamme, ont été ajoutés pour produire du PA66 ignifugé. Les études ont montré que ce PA66 ignifugé présentait une résistance au feu supérieure à celle du PA66 conventionnel, avec un indice limite d’oxygène (LOI) nettement plus élevé. L’analyse de la couche carbonisée a révélé que la surface dense de cette couche contenait des pores de tailles variables, ce qui contribuait à isoler la chaleur et à limiter les transferts gazeux, démontrant ainsi ses remarquables performances ignifuges.
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Date de publication : 15 août 2025
