Ignifuges inorganiques

Des retardateurs de flamme inorganiques peuvent également être utilisés dans les mousses de polyuréthane. Les exemples courants incluent le trioxyde d’antimoine, l’hydroxyde d’aluminium, les borates et le polyphosphate d’ammonium. Cependant, les retardateurs de flamme inorganiques se présentent généralement sous forme de poudres particulaires. Plus la poudre est fine, mieux elle convient aux applications en mousse. Certains procédés de moussage mécanique ne peuvent pas utiliser de matériaux moussants contenant des poudres solides, ce qui limite l'application de retardateurs de flamme inorganiques dans les mousses de polyuréthane.

(1) Trioxyde d'antimoine

Le trioxyde d'antimoine, également connu sous le nom d'oxyde d'antimoine ou d'antimoine blanc, a la formule moléculaire Sb₂O₃. Il se présente sous la forme d'une poudre blanche dont la taille moyenne des particules est de 1–3 μm, une densité relative de 5.2–5,7, et un point de fusion de 652–656°C. Il est insoluble dans l'eau, l'alcool et les solvants organiques mais soluble dans les acides concentrés et les solutions alcalines fortes. Lorsqu'il est utilisé seul, le trioxyde d'antimoine a un faible effet ignifuge. Il doit être associé à des retardateurs de flamme halogénés pour obtenir de meilleures performances. Lors de la combustion du polymère, il se décompose pour former une couche protectrice de gaz dense à la surface du matériau, isolant ainsi l'oxygène. De plus, le trioxyde d'antimoine réagit avec les composés halogénés pendant la combustion pour produire des halogénures d'antimoine, qui absorbent une chaleur de combustion importante, réduisent les températures de surface et inhibent et retardent efficacement la combustion.

En raison de sa différence de densité par rapport à la résine polyuréthane, le trioxyde d'antimoine est difficile à disperser et n'est généralement utilisé que dans des applications spécialisées.

(2) Hydroxyde d'aluminium

La poudre d'hydroxyde d'aluminium est le retardateur de flamme et la charge inorganique le plus couramment utilisé, applicable à divers polymères. Son inconvénient est la nécessité de grandes quantités, ce qui augmente la viscosité du matériau. La principale forme utilisée comme ignifugeant est α-l'hydroxyde d'aluminium trihydraté, qui se présente sous la forme d'une fine poudre cristalline blanche avec une granulométrie moyenne de 1–20 μm et une densité relative de 2,42.

L'hydroxyde d'aluminium contient une grande quantité d'eau cristalline (jusqu'à 34 % en masse). Cette eau cristalline reste stable pendant la production de mousse mais se décompose rapidement aux températures de combustion de la mousse. Aux alentours 200°C, il libère une quantité importante de vapeur d'eau, absorbant la chaleur de combustion, abaissant la température de surface du matériau et formant des barrières non combustibles entre la source d'incendie et la mousse. Cette dilution de l'oxygène dans la zone de combustion confère des propriétés ignifuges. L'hydroxyde d'aluminium est également un inhibiteur de fumée, réduisant ainsi les émissions de fumée et de gaz toxiques. Lors de la combustion, il produit de l'oxyde d'aluminium, qui favorise la formation d'une couche protectrice carbonisée à la surface du polymère.

En tant qu'ignifuge pour les mousses de polyuréthane, il est principalement ajouté via une formulation ou une imprégnation en suspension pour les mousses souples à cellules ouvertes. L'hydroxyde d'aluminium est non toxique et sûr à utiliser.

(3) Phosphate d'ammonium et polyphosphate d'ammonium

Le phosphate d'ammonium et le polyphosphate d'ammonium (APP) contiennent beaucoup de phosphore (30–32%) et de l'azote (14–16 %), offrant une excellente ignifuge, stabilité dimensionnelle, résistance à l'hydrolyse et stabilité thermique pour les mousses rigides. Ces retardateurs de flamme produisent un minimum de fumée lors de la combustion et ne génèrent pas d'halogénures d'hydrogène. La production de monoxyde de carbone et de cyanure d’hydrogène est également nettement inférieure à celle des mousses de polyuréthane contenant des halogènes. La toxicité et la corrosivité des gaz générés sont comparables à celles des matériaux non ignifugés.

L'APP est une poudre fine cristalline ou amorphe blanche constituée de polymères non ramifiés à longue chaîne. Selon le degré de polymérisation (n), l'APP est classée comme soluble dans l'eau (n=10–20) ou insoluble dans l'eau (n>20). L'APP cristallin, couramment utilisé, présente une excellente stabilité thermique, une faible solubilité dans l'eau, une hygroscopique minimale et une bonne dispersibilité. Il est chimiquement stable et ne réagit pas avec d’autres matériaux. APP est un ignifugeant à base de phosphore sans halogène, sûr et efficace, doté de propriétés anti-fumée. Il est largement utilisé dans les revêtements ignifuges intumescents, le polyéthylène, le polypropylène, le polyuréthane, les résines époxy, les produits en caoutchouc, les panneaux de fibres et les agents extincteurs à poudre sèche. Cependant, comme l'APP est une poudre solide, elle peut obstruer les têtes de mélange lors du moussage mécanique, ce qui la rend impropre aux mousses souples en blocs.

(4) Phosphore rouge

Le phosphore rouge agit comme ignifuge en se décomposant thermiquement pour former des couches d'acide phosphorique. → acide métaphosphorique → acide polyphosphorique. Ces couches recouvrent la surface combustible, agissant comme une barrière. L'acide phosphorique et l'acide métaphosphorique présentent de fortes propriétés de déshydratation, provoquant la déshydratation des polymères en carbone, formant une couche de charbon vitreux à la surface du polymère. Ce charbon isole l'oxygène et offre un pouvoir ignifuge robuste à haute température. Les retardateurs de flamme au phosphore rouge sont efficaces, nécessitent de petites doses, sont rentables, peu toxiques et fonctionnent en synergie avec les retardateurs de flamme halogénés tels que le TCEP et le DMMP. Ils améliorent la formation de charbon en conjonction avec des composés contenant de l'azote, améliorant ainsi l'ignifugation dans les phases solide et gazeuse.

La technologie d'encapsulation produit des retardateurs de flamme au phosphore rouge encapsulés ultra-fins, résolvant les problèmes d'absorption d'humidité et augmentant la résistance au feu.

(5) Autres retardateurs de flamme inorganiques

D'autres ignifugeants inorganiques comprennent le borate de zinc, le métaborate de baryum, l'hydroxyde de magnésium et les composites oxyde d'antimoine-silice.

Les retardateurs de flamme solides ajoutés aux matières premières liquides ont tendance à se déposer. Ils sont généralement ajoutés pendant ou immédiatement avant le moussage. Lorsqu'il est ajouté à des mélanges de polyéthers, une agitation continue est nécessaire pour maintenir l'uniformité. Les retardateurs de flamme solides augmentent la viscosité du matériau et réduisent la fluidité de la mousse. L'ajout de charges ignifuges inorganiques peut affecter négativement les propriétés de la mousse. Plus la taille des particules est fine, meilleur est le pouvoir ignifuge et moins l'impact sur les propriétés de la mousse est négatif.

En raison de la présence de particules solides, certains procédés de moussage mécanique à tête de mélange ne peuvent pas être utilisés. Certaines entreprises nationales et internationales ont développé des têtes de mélange spécialisées capables de traiter des charges solides en poudre.