Additifs ignifuges pour dispersions utilisées dans les revêtements

Les additifs ignifuges pour les dispersions de polymères comme le PVAC (acétate de polyvinyle), le styrène-butadiène (SBR), le styrène acrylique (SAE), les acryliques purs et le VAE (éthylène-acétate de vinyle) se concentrent généralement sur les points suivants systèmes sans halogène, non toxiques et compatibles avec l'eau puisque ces liants sont principalement utilisés dans les revêtements et les adhésifs à base d'eau.

Additifs ignifuges pour dispersions de polymères

L'objectif de ces additifs est d'interrompre le cycle de combustion, généralement en formant une barrière protectrice de charbon ou en libérant des gaz non combustibles. Les types d'additifs les plus courants pour ces systèmes à base d'eau sont les suivants inorganique et intumescent types :

Classe d'additifs	Exemples	Mécanisme	Compatibilité	Dispersions applicables
Hydroxydes inorganiques	Trihydrate d'aluminium (ATH)L'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2 ou MH)	Décomposition endothermique, libère de la vapeur d'eau qui refroidit la flamme et dilue les gaz combustibles. Agit comme un agent de remplissage et un suppresseur de fumée.	Excellente compatibilité, non toxique, respectueuse de l'environnement.	PVAC, VAE, acryliques de styrène, acryliques purs, SBR. VAE est considéré comme compatible avec l'ATH et le MH.
Systèmes intumescents	Polyphosphate d'ammonium (APP)Pentaérythritol, mélamine. Souvent utilisé en synergie avec d'autres agents comme Graphite expansible (EG).	Forme une enveloppe gonflée et isolante couche d'omble (intumescence) lorsqu'il est chauffé, ce qui agit comme une barrière physique au transfert de chaleur et d'oxygène.	Nécessite une formulation soignée pour la stabilité de la dispersion et l'intégrité du film final. Les systèmes APP/EG présentent une excellente synergie.	Particulièrement efficace pour Styrène acrylique (SAE) pour obtenir des indices FR élevés (par exemple, UL-94 V-0). Utilisé pour tous les types.
A base de phosphore/azote	Divers agents ignifuges à base d'eau sans halogène (par exemple, phosphates liquides spécifiques), Synthro-Nyl ).	Agit en phase condensée (favorise la carbonisation) et/ou en phase gazeuse (extinction des radicaux).	Une bonne compatibilité est obtenue avec des formulations spécialisées à base d'eau.	Tous les types, souvent commercialisés comme sans halogène solutions.
Halogénés FR	Par exemple, les composés bromés.	Libère des radicaux halogènes dans la phase gazeuse, ce qui éteint la flamme.	Moins fréquente aujourd'hui en raison des préoccupations liées à l'environnement et à la toxicité.	Utilisé lorsque des performances élevées sont essentielles, mais généralement évité dans les revêtements modernes à base d'eau.

Les additifs ignifuges pour les dispersions de polymères comme le PVAC (acétate de polyvinyle), le styrène-butadiène (SBR), le styrène acrylique (SAE), les acryliques purs et le VAE (éthylène-acétate de vinyle) se concentrent généralement sur les points suivants systèmes sans halogène, non toxiques et compatibles avec l'eau puisque ces liants sont principalement utilisés dans les revêtements et les adhésifs à base d'eau.

Additifs ignifuges pour dispersions de polymères

L'objectif de ces additifs est d'interrompre le cycle de combustion, généralement en formant une barrière protectrice de charbon ou en libérant des gaz non combustibles. Les types d'additifs les plus courants pour ces systèmes à base d'eau sont les suivants inorganique et intumescent types :

Classe d'additifs	Exemples	Mécanisme	Compatibilité	Dispersions applicables
Hydroxydes inorganiques	Trihydrate d'aluminium (ATH)L'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2 ou MH)	Décomposition endothermique, libère de la vapeur d'eau qui refroidit la flamme et dilue les gaz combustibles. Agit comme un agent de remplissage et un suppresseur de fumée.	Excellente compatibilité, non toxique, respectueuse de l'environnement.	PVAC, VAE, acryliques de styrène, acryliques purs, SBR. VAE est considéré comme compatible avec l'ATH et le MH.
Systèmes intumescents	Polyphosphate d'ammonium (APP)Pentaérythritol, mélamine. Souvent utilisé en synergie avec d'autres agents comme Graphite expansible (EG).	Forme une enveloppe gonflée et isolante couche d'omble (intumescence) lorsqu'il est chauffé, ce qui agit comme une barrière physique au transfert de chaleur et d'oxygène.	Nécessite une formulation soignée pour la stabilité de la dispersion et l'intégrité du film final. Les systèmes APP/EG présentent une excellente synergie.	Particulièrement efficace pour Styrène acrylique (SAE) pour obtenir des indices FR élevés (par exemple, UL-94 V-0). Utilisé pour tous les types.
A base de phosphore/azote	Divers agents ignifuges à base d'eau sans halogène (par exemple, phosphates liquides spécifiques), Synthro-Nyl ).	Agit en phase condensée (favorise la carbonisation) et/ou en phase gazeuse (extinction des radicaux).	Une bonne compatibilité est obtenue avec des formulations spécialisées à base d'eau.	Tous les types, souvent commercialisés comme sans halogène solutions.
Halogénés FR	Par exemple, les composés bromés.	Libère des radicaux halogènes dans la phase gazeuse, ce qui éteint la flamme.	Moins fréquente aujourd'hui en raison des préoccupations liées à l'environnement et à la toxicité.	Utilisé lorsque des performances élevées sont essentielles, mais généralement évité dans les revêtements modernes à base d'eau.

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Défis liés à la mise au point de revêtements ignifuges

La mise au point de revêtements ignifuges efficaces se heurte à plusieurs obstacles en termes de formulation et de performances :

1. Maintien des propriétés physiques et mécaniques : La forte charge d'additifs ignifuges (en particulier les charges minérales comme l'ATH/MH ou les composants intumescents) requise pour un retardement efficace de la flamme peut avoir un impact négatif les propriétés essentielles du revêtement, telles que
   • Résistance mécanique/flexibilité : Diminution de l'élasticité, augmentation de la fragilité.
   • Adhésion : Réduction de la force d'adhérence au substrat.
   • Résistance à l'eau et aux intempéries : La porosité peut augmenter, ce qui compromet la durabilité.
2. Compatibilité et stabilité des dispersions : L'additif FR (souvent une poudre solide) doit être se dispersent facilement et restent stables dans l'émulsion (dispersion) de polymères sans provoquer :
   • Coagulation ou floculation des particules de polymère.
   • S'installer ou une mauvaise stabilité au stockage.
   • Mousse au cours de la transformation ou de l'application.
3. Chargement élevé requis : Pour obtenir une protection suffisante contre le feu, les additifs FR doivent souvent être ajoutés à un taux d'humidité de l'ordre de 10 %. forte concentration (charge élevée), ce qui augmente les coûts et aggrave les problèmes de propriété énumérés ci-dessus.
4. Préoccupations environnementales et sanitaires : L'industrie est fortement incitée à sans halogène, à faible toxicité et à faible dégagement de fumée Systèmes ignifuges. Le remplacement des retardateurs de flamme halogénés, efficaces mais problématiques, par des alternatives respectueuses de l'environnement offrant des performances comparables constitue un défi de taille.
5. Atteindre la multifonctionnalité : Les revêtements modernes nécessitent souvent multifonctionnalité (par exemple, l'ignifugation, la résistance à la corrosion, l'auto-cicatrisation, l'hydrophobie). L'incorporation de plusieurs additifs fonctionnels peut conduire à conflits lorsqu'une propriété est compromise pour en obtenir une autre.

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Différences dans les propriétés ignifuges des polymères

L'inflammabilité inhérente du polymère de base lui-même affecte le type et la quantité d'additif FR nécessaire.

• VAE (acétate de vinyle et éthylène) :
  • Propriété inhérente : La VAE dispose généralement d'une indice d'inflammabilité plus faible que le styrène acrylique et le styrène butadiène. C'est pourquoi il est comparativement plus facile et plus économique formuler avec des additifs FR pour répondre aux normes de résistance au feu.
  • Raison : La présence de la acétate de vinyle qui brûle généralement moins vigoureusement que les structures aromatiques, contribue à sa plus faible inflammabilité intrinsèque.
• Styrène-butadiène (SBR) et styrène-acrylique (SAE) :
  • Propriété inhérente : Ces polymères, en particulier le SBR et le SAE, contiennent les éléments suivants styrène un hydrocarbure aromatique hautement combustible et produisant d'importantes émissions de gaz à effet de serre. fumée et suie lorsqu'ils sont brûlés. Ils sont considérés comme ayant une très grande inflammabilité et un faible indice limite d'oxygène (ILO).
  • FR Exigence : Cette haute inflammabilité signifie qu'ils nécessitent plus puissants et/ou avec des charges plus élevées d'additifs FR. Les systèmes intumescents tels que APP/EG sont particulièrement importants pour que les SAE obtiennent des indices de résistance au feu élevés (par exemple, UL-94 V-0), car ils génèrent efficacement un charbon qui isole le matériau de base hautement inflammable.
• PVAC (acétate de polyvinyle) et acryliques purs :
  • Propriété inhérente : Les deux sont combustibles, mais les acryliques purs et le PVAC ont tendance à avoir une inflammabilité inhérente quelque part. entre la VAE et les polymères à base de styrène. Les acryliques purs sont entièrement acryliques et fortement carbonés, et bien qu'ils puissent présenter une meilleure stabilité aux UV que les polymères contenant du styrène, ils nécessitent toujours un traitement FR pour les applications ignifuges. Le PVAC est chimiquement similaire à la partie acétate de vinyle du VAE, mais sans le composant éthylène.
  • FR Exigence : Ils répondent facilement aux additifs FR courants (ATH, MH, APP), et la formulation spécifique dépend fortement des exigences de l'application finale en matière de résistance au feu.

Indice d'inflammabilité

Les indice d'inflammabilité est un mesure numérique qui indique le risque d'incendie potentiel d'un matériau. Il quantifie la facilité avec laquelle un matériau peut s'enflammer et sa capacité à entretenir la combustion.

Un indice d'inflammabilité élevé correspond généralement à un matériau qui s'enflamme plus facilement et présente un risque d'incendie plus important.

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Caractéristiques principales

L'indice d'inflammabilité est le résultat d'essais normalisés sur le feu et combine de multiples facteurs liés au comportement en feu d'un matériau :

• Allumage : La rapidité avec laquelle le matériau s'enflamme lorsqu'il est exposé à une flamme ou à la chaleur.
• Propagation de la flamme : La rapidité avec laquelle la flamme se propage à la surface du matériau.
• Facteur de chaleur/libération : La quantité de chaleur générée lors de la combustion.
• Durée de combustion : La durée pendant laquelle le matériau continue à brûler après que la source d'inflammation a été supprimée.

Il est important de noter que le terme "indice d'inflammabilité" peut faire référence à différentes normes et échelles spécifiques, en fonction du pays ou de l'application (par exemple, codes de construction, transport, etc.).

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Comment l'indice d'inflammabilité est-il déterminé ?

L'indice d'inflammabilité d'un matériau est déterminé par essais normalisés de résistance au feu protocoles. Une méthode courante, telle que celle spécifiée dans la norme australienne AS 1530.2, utilise un Essai de combustion verticale et est généralement conçu pour les matériaux minces et souples tels que les textiles ou le sarking (feuilles minces utilisées dans la construction).

La méthode d'essai AS 1530.2

1. Préparation : Un échantillon du matériau est monté verticalement sur un cadre.
2. Allumage : Une flamme, souvent issue d'une source de chaleur à base d'alcool pur, est appliquée à la base du matériau pendant une durée déterminée.
3. Mesure : Plusieurs critères sont observés et mesurés :
   • Hauteur de la flamme : Hauteur maximale atteinte par la flamme.
   • Temps de flamme : La durée de la flamme sur le matériau.
   • Facteur de chaleur : Une mesure liée à la chaleur produite.
4. Calcul : Le numéro d'index est un résultat calculé La combinaison de ces critères aboutit souvent à une note qui varie de 1 à 5 points. 0 à 100Bien que des réglementations spécifiques puissent exiger une note beaucoup plus basse pour qu'un matériau soit considéré comme conforme (par exemple, une note de 5 ou 6).

Cet indice est utilisé pour évaluer le risque potentiel d'incendie d'un matériau au cours de la phase d'essai. début de la croissance d'un incendieIl s'agit d'un moyen quantitatif de comparer l'inflammabilité de différents matériaux.

Applications typiques de la VAE

Les dispersions de copolymères d'acétate de vinyle et d'éthylène (VAE) sont exceptionnellement utiles comme liants dans une grande variété de revêtements et d'applications, en particulier lorsque flexibilité, forte adhérence aux substrats polaires et respect de l'environnement (faible teneur en COV) sont des conditions essentielles.

Leur polyvalence est due à l'incorporation d'éthylène, qui abaisse la température de transition vitreuse du polymère (Tg), ce qui permet d'obtenir un film souple et flexible sans avoir recours à des plastifiants externes.

Voici un aperçu des revêtements et des applications pour lesquels la VAE est la plus utile :

1. Revêtements architecturaux (peintures)

Le VAE est un choix de premier plan pour les peintures à base d'eau, en particulier pour les applications intérieures, en raison de son excellente combinaison de performances et de profil environnemental.

Application/Produit	Principales prestations de la VAE
Peintures murales intérieures (mates et semi-brillantes)	Faible odeur et faible teneur en COV : Le VAE est un composant majeur des peintures écologiques et sans émissions.
Peintures intérieures haute performance	Excellente résistance au frottement : Forme un film durable qui résiste au nettoyage et au lavage.
Formation d'un film à basse température	Le VAE peut former un film continu et durable à des températures proches de 0∘C sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des solvants coalescents.
Bon pouvoir couvrant (opacité)	Contribue à la capacité de la peinture à couvrir efficacement la surface sous-jacente, ce qui permet souvent de réduire la teneur en dioxyde de titane.
Revêtements texturés	Offre durabilité et flexibilité pour les finitions plus épaisses et texturées.
Revêtements muraux extérieurs	Offre bonne résistance à l'eau et l'adhérence, bien que certaines applications extérieures haut de gamme puissent préférer d'autres polymères pour une meilleure résistance aux UV.

2. Matériaux de construction et de bâtiment

La VAE est largement utilisée sous forme d'émulsion liquide, mais aussi sous forme d'agent de conservation. Poudre de polymère redispersable (RDP)qui est mélangé aux mortiers secs.

Application/Produit	Principales prestations de la VAE
Membranes cimentaires	Flexibilité et résistance aux fissures : Améliore l'élasticité des produits à base de ciment, ce qui leur permet de mieux supporter les mouvements et de prévenir les fissures.
Colles et joints pour carrelage	Adhésion supérieure : Renforce l'adhérence à divers substrats et améliore la résistance et l'ouvrabilité.
Mortiers de réparation et produits de truellage	Résistance à la flexion et ouvrabilité : Améliore la résistance mécanique et facilite l'application du matériau.
Scellants et produits d'étanchéité pour béton	Fournit des films solides, flexibles et résistants à l'eau.

3. Adhésifs

La polarité naturelle du VAE en fait un liant exceptionnel pour des matériaux tels que le bois et le papier.

Application/Produit	Principales prestations de la VAE
Adhésifs pour le travail du bois	Forte adhérence aux substrats polaires : Excellente adhérence au bois, au papier et aux textiles.
Adhésifs pour l'emballage et le papier	Vitesse de réglage rapide et un bon tack humide.
Adhésifs pour revêtements de sol	Assure la flexibilité et la résistance à l'humidité.

4. Textiles et non-tissés

Les dispersions VAE sont utilisées comme liants et finitions pour les tissus.

Application/Produit	Principales prestations de la VAE
Traitement des tissus non tissés (médical, hygiène)	Fonctionne comme un liant pour consolider les fibres en vrac, améliorant ainsi la qualité de l'eau. résistance mécanique et flexibilité.
Impression textile	Agit en tant que liant pigmentaire pour la solidité des couleurs et la résistance au lavage.
Dos de moquette	Utilisé pour lier les fibres de la moquette et assurer sa durabilité.

Principaux avantages des dispersions VAE en termes de performances

Les propriétés de la VAE qui la rendent si utile dans ces domaines sont les suivantes :

• Flexibilité et résistance : Grâce à l'effet plastifiant interne du monomère d'éthylène, les films sont très souples et résistants sans migration de plastifiants externes.
• Adhésion : Excellente adhérence à une large gamme de substrats, en particulier les matériaux polaires tels que le bois, le papier et le béton.
• Profil environnemental : A base d'eau, peu odorant, il aide les formulateurs à répondre aux normes de faible teneur en COV (composés organiques volatils), éliminant souvent la nécessité d'utiliser des agents coalescents.
• Résistance à l'eau : Forme un film avec une bonne résistance à l'eau et aux alcalis.

Réduire ou remplacer la teneur en ATH par des dispersions de VAE

Le trihydrate d'aluminium (ATH) est un retardateur de flamme non halogéné largement utilisé, mais il existe plusieurs alternatives, en particulier lorsque des températures de traitement plus élevées sont nécessaires ou lorsque l'on recherche différents mécanismes de retardateur de flamme.

Les principales alternatives peuvent être regroupées en autres hydroxydes métalliques, autres minéraux inorganiques et composés organiques non halogénés.

I. Hydroxydes métalliques (même mécanisme, température différente)

Ces composés fonctionnent de la même manière que l'ATH : ils se décomposent de manière endothermique pour absorber la chaleur et libérer de la vapeur d'eau, qui refroidit le matériau et dilue les gaz inflammables.

Alternative	Formule chimique	Température de décomposition	Principaux avantages par rapport à l'ATH	Applications primaires
Hydroxyde de magnésium (MDH)	Mg(OH)2	≈300-330∘C	Meilleure stabilité thermique : Peut être utilisé dans les polymères qui nécessitent des températures de traitement plus élevées, tels que le polypropylène et les polyamides.	Polypropylène, polyamides, fils et câbles, thermoplastiques techniques.
Hydrate d'oxyde d'aluminium (Boehmite)	AlOOH	≈320∘C	Meilleure stabilité thermique : Convient aux thermoplastiques techniques et agit en synergie avec les phosphinates métalliques.	Thermoplastiques techniques, circuits imprimés.

Exporter des feuilles de calcul

Note sur les hydroxydes métalliques : Bien qu'ils soient très efficaces, l'ATH et le MDH nécessitent souvent des niveaux de charge élevés dans le polymère pour obtenir un retardateur de flamme suffisant, ce qui peut parfois avoir un effet négatif sur les propriétés mécaniques du matériau.

II. Autres retardateurs de flamme inorganiques et minéraux

Ces options fonctionnent souvent comme des suppresseurs de fumée, des formateurs de charbon ou des synergistes.

• Borate de zinc (ZnB)
  • Mécanisme : Multifonctionnel, il agit à la fois en phase solide et en phase gazeuse. Il favorise la formation d'un couche de charbon stable, semblable à du verre et agit comme un suppresseur de fumée et de rémanence. Il peut également libérer sa propre eau d'hydratation au-dessus de 290∘C.
  • Utiliser : Souvent utilisé en combinaison avec d'autres retardateurs de flamme (y compris ATH et MDH) pour un effet synergique, ou en remplacement du trioxyde d'antimoine (un synergiste halogéné).
• Graphite expansible (EG)
  • Mécanisme : Il s'agit d'un intumescent matériau. Lorsqu'il est exposé à la chaleur, il se dilate considérablement pour former une couche isolante de charbon, qui protège le polymère sous-jacent de la chaleur et de l'oxygène.
  • Utiliser : Efficace pour réduire les risques d'incendie, il est souvent utilisé en synergie avec d'autres retardateurs de flamme non halogénés tels que l'ATH ou le phosphore rouge.

III. Retardateurs de flamme organiques et chimiques non halogénés

Ces systèmes fonctionnent souvent en formant une couche de charbon isolante (intumescence) ou en interférant avec la chimie de la combustion.

• Composés à base de phosphore
  • Exemples : Le phosphore rouge (RP), le polyphosphate d'ammonium (APP) et divers organo-phosphates.
  • Mécanisme : Ils sont principalement actifs dans la phase solide en favorisant la formation d'un couche d'omble sur la surface du polymère, qui agit comme une barrière contre la chaleur et l'oxygène. Certaines formes peuvent également libérer des composés phosphorés volatils pour éliminer les radicaux libres dans la flamme (phase gazeuse).
• Composés à base d'azote
  • Exemples : Mélamine, cyanurate de mélamine (MCA), dicyandiamide (DICY).
  • Mécanisme : Ils libèrent souvent des gaz d'azote inertes lorsqu'ils sont chauffés, ce qui dilue la concentration d'oxygène dans la flamme. Ils peuvent également être associés à des composés phosphorés dans les systèmes intumescents pour aider à former un omble.
• Systèmes intumescents
  • Mécanisme : Il s'agit de formulations complexes qui comprennent généralement une source d'acide (par exemple, APP), une source de carbone et un agent gonflant. Lorsqu'elles sont chauffées, elles gonflent pour former une couche épaisse, protectrice et moussante.

La meilleure solution dépend entièrement de l'application spécifique, du polymère utilisé, de la température de traitement requise, de la résistance au feu souhaitée et du coût.