Nouvelles orientations en matière d'ignifugation du TPU : des esters de phosphate aux systèmes intumescents, la synergie phosphore-azote devient l'approche dominante

Nouvelles orientations en matière d'ignifugation du TPU : des esters de phosphate aux systèmes intumescents, la synergie phosphore-azote devient l'approche dominante

Dans l'application de l'élastomère de polyuréthane thermoplastique (TPU), la modification ignifuge est souvent confrontée au défi d'équilibrer l'efficacité et les propriétés physiques. Les retardateurs de flammes à base de phosphore, en raison de leurs divers types et de leurs mécanismes d'action clairs, sont devenus l'une des voies clés pour résoudre cette contradiction. Les retardateurs de flamme contenant du phosphore les plus couramment utilisés comprennent principalement ceux à base de polyphosphate d'ammonium (APP), ceux à base de composés organiques du phosphore (OP) et ceux à base de phosphore rouge.

Actuellement, les retardateurs de flamme organiques au phosphore sont largement utilisés dans l’ignifugation du polyuréthane en raison de leur bonne compatibilité et stabilité avec le polyuréthane. Certains peuvent même agir comme plastifiants pour les matériaux polyuréthane. Les retardateurs de flamme organiques au phosphore utilisés dans le polyuréthane sont principalement des esters de phosphate et des esters de phosphonate liquides et solides. Ils offrent des avantages tels qu'une efficacité ignifuge élevée, une faible viscosité, une bonne compatibilité, une stabilité thermique modérée et une résistance à la « cartographie ».

La température de décomposition des retardateurs de flamme organiques au phosphore a un impact significatif sur le caractère ignifuge du TPU. Des recherches ont été menées sur les effets ignifuges du tris(β-chloroéthyl)phosphate et du tris(2,3-dibromopropyl)phosphate sur le TPU, comme le montre le tableau ci-dessous.

On peut constater que bien que les deux ignifugeants aient des structures et des compositions similaires, leurs effets ignifuges diffèrent considérablement. Une analyse du mécanisme ignifuge révèle que les composants ignifuges ne sont plus efficaces que lorsqu'ils sont libérés à une température inférieure ou proche de la température de décomposition initiale du polymère. Si la température de décomposition est trop basse, le retardateur de flamme peut se décomposer complètement avant que le polymère ne brûle complètement, et une partie peut même être perdue lors du traitement thermique, ne permettant pas d'obtenir l'effet souhaité. À l’inverse, si la température de décomposition est trop élevée, les composants ignifuges efficaces peuvent ne pas être suffisamment libérés lors de la combustion du polymère, ce qui entraîne également un mauvais retardateur de flamme. Parmi les ignifugeants testés, la température de décomposition thermique du phosphate de tris(β-chloroéthyl) est de 240 à 280°C, tandis que celle du phosphate de tris(2,3-dibromopropyl) est >300°C. La température de décomposition thermique du polyuréthane est d'environ 400°C. La température de décomposition du phosphate de tris(2,3-dibromopropyl) est plus proche de celle du polyuréthane, ce qui en fait une meilleure correspondance relativement parlant, et donc son effet ignifuge est supérieur à celui du phosphate de tris(β-chloroéthyle).

Les composés d'ester diphosphate peuvent également servir de retardateurs de flamme pour les matériaux polyuréthane. Le groupe reliant les deux esters de phosphate peut être un alkylène, un arylène, un alkylène-arylène ou d'autres groupes de liaison divalents tels que -SO-, -S-, -SO₂-, etc. Cependant, un problème avec ces retardateurs de flamme est que dans des conditions environnementales supérieures à 100°C, le retardateur de flamme lui-même ou les impuretés existantes peuvent se volatiliser à partir du matériau polyuréthane, formant du brouillard sur les surfaces en verre. Ce problème est particulièrement grave dans l’industrie automobile. Les polyphosphates peuvent être utilisés pour résoudre ce problème. Généralement, l'ajout de 0,5 à 50 parties d'un retardateur de flamme polyphosphate contenant 10 groupes phosphate pour 100 parties de matériau polyuréthane peut conférer un bon retardateur de flamme tout en empêchant la volatilisation du retardateur de flamme à des températures élevées et en réduisant la formation de brouillard.

La plupart des retardateurs de flamme peuvent migrer ou se volatiliser dans les matériaux polyuréthane, affectant ainsi la stabilité des propriétés du matériau. L'introduction de composés contenant des groupes hydroxyle dans la molécule ignifuge leur permet de réagir avec les isocyanates présents dans le matériau polyuréthane, formant des liaisons chimiques et empêchant la migration et la volatilisation des molécules ignifuges. De tels retardateurs de flamme peuvent être des diphosphates ou des polyphosphates comportant jusqu'à 10 groupes phosphate. Ces molécules de di- ou polyphosphate portent au moins deux ou plusieurs groupes hydroxyles capables de réagir avec les isocyanates. Ces composés possèdent une efficacité ignifuge élevée et une excellente résistance à la migration. L'ajout de 50 parties d'un tel ignifuge pour 100 parties de matériau polyuréthane peut obtenir un grade SE (auto-extinguible) lorsqu'il est évalué selon la norme FMVSS 302.

Une autre direction de développement pour les retardateurs de flamme au phosphore organique est celle des retardateurs de flamme intumescents. Il s'agit de composés du phosphore qui obtiennent un caractère ignifuge grâce à l'action combinée de plusieurs mécanismes, notamment la synergie phosphore-azote, le moussage avec des gaz non combustibles, ainsi que la déshydratation et la carbonisation des polyols et des esters pour former une couche de charbon ignifuge. Le mécanisme consiste à consommer les gaz de décomposition produits lors de la combustion du polymère, favorisant la formation de charbon non combustible et empêchant la réaction d'oxydation, inhibant ainsi la combustion. L'Institut de recherche sur l'industrie chimique de Shanghai a composé un nouveau système ignifuge intumescent sans halogène (ANTI-2) à base En utilisant ANTI-2 pour ignifuger le TPU, des tests sur l'indice d'oxygène, l'indice de combustion UL94, la résistance à la traction, l'allongement et la dureté ont montré que ANTI-2 est un ignifuge efficace pour les élastomères TPU. Lorsque la teneur en ANTI-2 a augmenté jusqu'à plus de 35 %, l'indice de combustion a atteint V-0. Cependant, avec l'augmentation de la teneur en ANTI-2, la dureté du TPU modifié ignifuge a augmenté, la résistance à la traction a diminué, tandis que l'allongement n'a pas changé de manière significative. de phosphore et d'azote utilisant de l'APP, du formaldéhyde, de la mélamine et un prépolymère mélamine-formaldéhyde.

À mesure que la technologie ignifuge progresse, s'appuyer uniquement sur des systèmes traditionnels à base de phosphore ne peut plus répondre aux exigences strictes en matière de résistance à la température, de résistance au jaunissement et de traitement ultra fin dans les applications TPU haut de gamme. Les retardateurs de flamme efficaces et modifiés au phosphinate organique avec une taille de particules ultrafines développés par Yinsu Flame Retardant ont fait des progrès significatifs en termes de résistance aux températures élevées et de résistance au jaunissement, offrant une nouvelle direction révolutionnaire pour résoudre le conflit entre l'efficacité du retardateur de flamme et la rétention des propriétés du TPU.

Avertissement : ce contenu est extrait de la littérature pertinente et est destiné uniquement au partage de connaissances, et non à un usage commercial.