Quelles sont les dernières avancées en matière de technologie ignifuge au pays et à l’étranger
Les matériaux polymères, l’un des trois principaux matériaux aux côtés de la céramique et des métaux, sont largement utilisés dans presque tous les aspects du travail et de la vie humaine. Cependant, la plupart des matériaux polymères sont des polymères à base de carbone, ce qui les rend hautement inflammables lorsqu'ils sont exposés à des flammes nues, ce qui constitue une menace sérieuse pour la vie humaine et les biens. La recherche sur les propriétés ignifuges des polymères est donc essentielle.
Sur la base des caractéristiques de combustion des matériaux polymères, diverses méthodes peuvent être utilisées pour interrompre le processus de combustion et obtenir un caractère ignifuge. En 1930, le système ignifuge synergique oxyde d’antimoine-paraffine chlorée a été découvert et appliqué avec succès à certains matériaux polymères. Dans les années 1950, Hooker Chemical Company a développé des polyesters insaturés ignifuges en utilisant des monomères réactifs contenant de l'acide phosphorique chloré. Par la suite, de nouveaux monomères ignifuges réactifs contenant du brome et du phosphore sont apparus. Dans les années 1980, les discussions sur la toxicité et les problèmes environnementaux dans le domaine des retardateurs de flamme ont conduit à ce que les retardateurs de flamme sans halogène, anti-fumée et à faible toxicité soient devenus de nouveaux objectifs de développement. Avec le développement rapide des matériaux polymères, la recherche sur la technologie et les mécanismes ignifuges est devenue de plus en plus étendue et approfondie. Diverses technologies ignifuges ont été explorées sur la base de mécanismes d'interruption en phase gazeuse, en phase condensée et d'échange thermique. Ces dernières années, les technologies ignifuges composites, ignifuges synergiques et ignifuges macromoléculaires ont suscité une attention considérable. Cet article donne un aperçu des progrès récents de ces technologies ignifuges, tant au niveau national qu'international.
I. Technologie ignifuge composite
1. Hydroxydes doubles en couches (LDH)
Les hydroxydes doubles en couches (LDH) sont des nanomatériaux inorganiques en couches avec des compositions et des structures similaires à l'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃, ATH) et à l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂, MH). Ils combinent les avantages des deux et sont exempts de substances toxiques, ce qui en fait des retardateurs de flamme verts idéaux pour la suppression de la fumée. Le mécanisme ignifuge des LDH implique une décomposition lors de la combustion en CO₂, H₂O et oxydes métalliques. Le CO₂ et l'H₂O diluent les gaz inflammables et l'O₂, réduisant ainsi la température de combustion, tandis que les oxydes métalliques favorisent la formation de couches de charbon, isolant l'O₂ et la chaleur, ralentissant ainsi la dégradation du substrat.
2. Matériaux de structure métallo-organiques nanoporeux (MOF)
Les MOF sont des matériaux hybrides organiques-inorganiques poreux formés par auto-assemblage de ligands organiques avec des ions ou des amas métalliques. Leur conception est flexible et leur structure est réglable. En modifiant des ligands organiques ou des sites de coordination métalliques, des MOF dotés de propriétés spécifiques peuvent être obtenus, indiquant un large potentiel d'application. Les structures imidazolates zéolitiques (ZIF), combinant les avantages des MOF et des zéolites traditionnels, sont formées par auto-assemblage de métaux de transition avec des ligands organiques contenant de l'imidazole. Ils sont faciles à synthétiser, stables, possèdent des pores réguliers, des structures diverses et une activité catalytique élevée.
3. Silsesquioxanes oligomères polyédriques (POSS)
POSS est un nouveau retardateur de flamme à base de siloxane avec une structure hybride organique-inorganique. Il améliore le caractère ignifuge tout en améliorant les propriétés mécaniques, de traitement et thermiques des polymères. POSS, avec ses caractéristiques hybrides, en forme de cage et nanostructurées, augmente la stabilité thermique, l'ignifugation et les performances mécaniques du polymère tout en réduisant la constante diélectrique. Les POSS et ses dérivés, en tant que retardateurs de flamme sans halogène, représentent une catégorie majeure de nouveaux retardateurs de flamme sans halogène et sont largement utilisés.
4. Nanofeuilles de graphène (GNS)
Les GNS sont des nanofeuilles bidimensionnelles composées d’une seule couche d’atomes de carbone. Les GNS et leurs dérivés présentent d'excellentes propriétés ignifuges en raison de leurs nano-effets, en particulier lorsqu'ils sont combinés avec des nanomatériaux inorganiques pour former des matériaux ignifuges polyvalents. Comparée aux retardateurs de flamme traditionnels à base de carbone (par exemple, graphite, graphite expansé, graphite oxydé), la nanostructure bidimensionnelle unique de GNS offre une efficacité ignifuge plus élevée. Comparé aux nanotubes de carbone, le GNS est plus rentable pour les applications industrielles.
Le mécanisme ignifuge du GNS et de ses dérivés comprend :
- Favoriser la formation de couches de charbon denses et continues pendant la combustion, assurant ainsi une isolation physique.
- Une surface spécifique élevée absorbe efficacement les vapeurs organiques inflammables ou empêche leur libération et leur diffusion.
- Les groupes actifs sur les surfaces GNS et GO se décomposent et se déshydratent à basse température, libérant des gaz qui absorbent la chaleur et réduisent la température de la matrice polymère tout en diluant la concentration d'O₂.
- L'interaction avec les chaînes polymères forme une structure de réseau tridimensionnelle, empêchant l'écoulement de la matière fondue et améliorant l'ignifugation.
II. Technologie ignifuge synergique
L'un des derniers points chauds de la recherche internationale sur les retardateurs de flamme sans halogène est l'utilisation de plusieurs éléments ignifuges pour compenser les défauts d'éléments individuels, en équilibrant le dosage, les performances et le coût du retardateur de flamme pour répondre aux exigences croissantes en matière d'environnement et de sécurité. Les chercheurs ont étudié de manière approfondie les effets synergiques de divers systèmes ignifuges, tels que l’ignifugation synergique d’hydroxyde, l’ignifugation synergique phosphore-azote, l’ignifugation synergique phosphore-silicium et les systèmes ignifuges composites de nanoparticules.
1. Ignifugation synergique d’hydroxyde métallique
Les hydroxydes métalliques, dont l'ATH et le MH, font partie des retardateurs de flamme les plus respectueux de l'environnement, car ils ne produisent aucune substance nocive lors du processus d'ignifugation. Leurs produits de décomposition peuvent absorber les gaz nocifs et la fumée générés lors de la combustion des polymères. Les retardateurs de flamme composites sans halogène courants sont classés en matériaux en couches, composés contenant du phosphore et oxydes de terres rares.
2. Ignifugation synergique phosphore-azote
La synergie phosphore-azote est devenue une direction clé dans la recherche et le développement de produits ignifuges à base de phosphore et d'azote, offrant une option respectueuse de l'environnement et sans halogène dans de nombreux domaines. Le mécanisme ignifuge implique une combinaison d’ignifugation en phase condensée et en phase gazeuse. Pendant la combustion, les retardateurs de flamme se décomposent pour former des acides inorganiques comme l'acide phosphorique ou l'acide polyphosphorique, créant une couche protectrice sur la surface du substrat pour isoler l'air. Simultanément, ils libèrent des gaz ininflammables comme l’ammoniac, l’azote, la vapeur d’eau et les oxydes d’azote, bloquant l’approvisionnement en oxygène et obtenant un caractère ignifuge. Par exemple, des retardateurs de flammes intumescents synergiques phosphore-azote solubles dans l'eau (PEIPO) pour mousses PU flexibles soufflées à l'eau sont préparés à l'aide de précurseurs intermédiaires de polyéthylèneimine et de phosphore.
3. Autres systèmes synergiques
Les retardateurs de flamme à base d'hypophosphite d'alkyle, connus pour leur stabilité thermique, leur teneur élevée en phosphore et leurs excellentes performances ignifuges, sont largement utilisés mais coûteux. Leurs performances mécaniques ne sont pas idéales lorsqu’elles sont utilisées seules, c’est pourquoi elles sont souvent associées à des nanoparticules ou à des retardateurs de flamme inorganiques. Les hypophosphites d'alkyle linéaires ou ramifiés sont les plus largement utilisés, l'AlPi étant appliqué dans les polyesters et les polyamides (PA). Par exemple, l'AlPi et le triglycidate de triéthylèneglycol (TGIC) ignifugent en synergie le polyamide 6 (PA6). Lorsque la fraction massique totale d'AlPi et de TGIC est de 11 % avec un rapport massique de 97 : 3, l'indice UL-94 V-0 et le LOI de 30,3 % sont obtenus. Un autre exemple consiste à mélanger du polyphosphate d'ammonium (APP), de l'hypophosphite d'aluminium (AHP) et du cyanurate de mélamine (MCA) avec du polypropylène (PP). Lorsque la masse ignifuge totale est de 30 % avec un rapport de m(APP) : m (AHP) : m (MCA) = 4 : 1 : 1, un caractère ignifuge idéal est obtenu, avec une LOI de 33 % et un indice UL-94 V-0.
III. Technologie ignifuge macromoléculaire
Les retardateurs de flamme macromoléculaires sont synthétisés en faisant réagir chimiquement des retardateurs de flamme à petites molécules dans des structures macromoléculaires, ce qui donne lieu à des composés riches en éléments ignifuges présentant une bonne compatibilité avec les polymères. Par exemple, un ignifuge macromoléculaire hybride inorganique-organique - l'hexa[4-(N-phénylamino-DOPO-méthylène) phénoxy]cyclotriphosphazène (DOPO-PCP) - est synthétisé via des réactions de substitution, de condensation et d'addition pour l'ignifugation DGEBA. Un autre exemple consiste à introduire des groupes amine encombrée dotés de fonctions de piégeage des radicaux libres dans des retardateurs de flamme intumescents (IFR) pour créer un nouveau retardateur de flamme intumescent macromoléculaire (HAPN), qui est utilisé avec l'APP pour retarder la flamme du PP.
Les retardateurs de flamme ont considérablement évolué avec l’application généralisée des matériaux polymères. À mesure que la conscience environnementale se développe, la demande augmente pour des retardateurs de flamme écologiques efficaces, non toxiques, compatibles avec les polymères, à faible migration et rentables. De nouvelles variétés ignifuges et des technologies émergentes apparaissent continuellement. Les technologies ignifuges synergiques et macromoléculaires progressent vers une efficacité plus élevée, une toxicité moindre et un respect de l'environnement. Les orientations de recherche futures incluent la conception ultrafine, la microencapsulation, les combinaisons synergiques de différents retardateurs de flamme, la conception structurelle macromoléculaire des retardateurs de flamme et les technologies de modification de surface pour les matériaux polymères ignifuges. Grâce aux progrès continus de la recherche, les retardateurs de flamme sont sur le point de connaître un développement vigoureux.
YINSU Flame Retardant New Material Co., Ltd. a obtenu des résultats remarquables dans le domaine des retardateurs de flamme. Son ignifuge au phosphore rouge recouvert de microcapsules adopte le processus de revêtement de microcapsules multicouche original, qui se caractérise par une teneur élevée en phosphore, une faible quantité d'additifs, une faible densité de fumée, etc., ce qui peut réduire considérablement le coût du matériau, et en même temps, améliorer la dispersion et la compatibilité, et garantir que l'apparence du matériau est plate et brillante. De plus, les ignifuges composites à l'antimoine de YINSU Flame Retardant Company, tels que la série T , maintiennent non seulement l'effet ignifuge du trioxyde d'antimoine traditionnel, mais réduisent également considérablement le coût des matières premières, avec d'excellentes performances de traitement et conformité environnementale, conviennent à une large gamme de substrats en plastique et sont largement utilisés dans les fils et câbles, les appareils électroniques et électriques, les intérieurs automobiles et d'autres industries. Grâce à leurs avantages en matière d'ignifugation à haute efficacité, de conformité environnementale et d'optimisation des coûts, ces produits sont devenus le choix idéal pour de nombreuses industries souhaitant améliorer l'ignifugation de leurs produits.
