Introduction aux retardateurs de flamme azotés pour le nylon
Les retardateurs de flamme azotés se caractérisent par leur faible toxicité, leur non-corrosivité, leur stabilité thermique et aux UV, leur bonne efficacité ignifuge et leur rapport coût-efficacité. Cependant, leur mise en œuvre est complexe et leur dispersion dans la matrice polymère présente des inconvénients. Parmi les retardateurs de flamme azotés couramment utilisés pour le nylon, on trouve le MCA (cyanurate de mélamine), la mélamine et le MPP (polyphosphate de mélamine).
Le mécanisme ignifuge comporte deux aspects :
- Mécanisme physique de « sublimation et d'endothermie » : L'ignifugeant réduit la température de surface du matériau polymère et l'isole de l'air par sublimation et absorption de chaleur.
- Carbonisation catalytique et mécanisme intumescent en phase condensée : le retardateur de flamme interagit avec le nylon, favorisant la carbonisation directe et l’expansion.
Le MCA présente une double fonction dans le processus ignifuge, favorisant à la fois la carbonisation et le moussage. Son mécanisme d'action et son efficacité varient selon le type de nylon. Des études sur le MCA et le MPP dans le PA6 et le PA66 révèlent que ces retardateurs de flamme induisent une réticulation dans le PA66 mais favorisent sa dégradation dans le PA6, ce qui confère au PA66 une meilleure résistance au feu que le PA6.
1. Cyanurate de mélamine (MCA)
L'acide cyanurique monohydraté (MCA) est synthétisé à partir de mélamine et d'acide cyanurique en solution aqueuse, formant un adduit lié par liaisons hydrogène. C'est un excellent retardateur de flamme sans halogène, peu toxique et à faible dégagement de fumée, couramment utilisé dans les polymères de nylon. Cependant, le MCA traditionnel possède un point de fusion élevé (décomposition et sublimation au-dessus de 400 °C) et ne peut être mélangé aux résines que sous forme de particules solides, ce qui entraîne une dispersion inégale et une taille de particules importante, ce qui nuit à son efficacité ignifuge. De plus, le MCA agit principalement en phase gazeuse, ce qui se traduit par une faible formation de résidus carbonés et des couches de carbone peu protectrices lors de la combustion.
Pour résoudre ces problèmes, la technologie des composites moléculaires a été employée pour modifier le MCA en introduisant un additif ignifuge complémentaire (WEX), qui abaisse le point de fusion du MCA, permettant la co-fusion et une dispersion ultra-fine avec le PA6. Le WEX améliore également la formation de charbon pendant la combustion, améliorant la qualité de la couche de carbone et renforçant l'effet ignifuge en phase condensée du MCA, produisant ainsi des matériaux ignifuges aux performances excellentes.
2. Ignifuge intumescent (IFR)
L'IFR est un système ignifuge sans halogène performant. Ses avantages par rapport aux retardateurs de flamme halogénés incluent une faible émission de fumée et l'absence de dégagement de gaz toxiques lors de la combustion. De plus, la couche carbonisée formée par l'IFR absorbe le polymère fondu en combustion, empêchant ainsi les coulures et la propagation du feu.
Les principaux éléments de l'IFR comprennent :
- Source de gaz (composés à base de mélamine)
- source d'acide (retardateurs de flamme phosphorés et azotés)
- Source de carbone (le nylon lui-même)
- Additifs synergiques (par exemple, borate de zinc, hydroxyde d'aluminium) et agents anti-goutte.
Lorsque le rapport massique des retardateurs de flamme phosphorés-azotés aux composés à base de mélamine est :
- Moins de 1 % : Effet ignifuge insuffisant.
- Au-delà de 30 % : une volatilisation se produit pendant le traitement.
- Entre 1 % et 30 % (en particulier entre 7 % et 20 %) : Performances ignifuges optimales sans incidence sur la facilité de mise en œuvre.
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Date de publication : 19 août 2025
