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Polymères retardateurs de flamme sans halogène

06 mai 2022

Les compounds retardateurs de flamme non halogénés

Au regard des risques sanitaires et environnementaux induits par les composés halogénés, Polymer Compounders Limited a mis au point deux matériaux ignifugés innovants, sans halogène ni ester d'aryle. Ces matériaux, Notoxicom® B6000 (PC/ABS FR) et Notoxicom® S6000 (PC/ASA FR) conservent leurs performances même après retraitement et sont bien moins nocifs.

Les premiers matériaux PC/ABS et PC/ASA sans halogène 0,75 mm, certifiés retardateurs de flamme UL94 V0, sans compromis sur les propriétés.

Les matériaux ignifugeants sont partout, dans les intérieurs de voitures, de trains et d’avions, dans les équipements électroniques, les câbles, les appareils médicaux, etc. Les propriétés d’ignifugation s’obtiennent par l’intégration de retardateurs de flamme, le plus souvent halogénés (iodés, chlorés, fluorés et bromés). Cependant, diverses études démontrent des risques sanitaires et environnementaux non négligeables liés à l’utilisation de ces composants.

L’ajout des retardateurs de flamme habituels, tels que le TBBA ou le RDP/BPA-DP, dans la liste des substances préoccupantes de l’Agence européenne des produits chimiques a accéléré le développement de matériaux plus sûrs. Polymer Compounders Limited (PCL), compoundeur de thermoplastiques, a ainsi mis au point une gamme de matériaux, Notoxicom®, comportant les premiers PC/ABS FR et PC/ASA FR UL94 V0 à 0,8 mm sans halogènes ni ester de phosphate d'aryle.

Le CoRAP, qu’est-ce que c’est ?

Le plan d’action continu communautaire (CoRAP) est une liste établie par l’agence européenne des produits chimiques (ECHA) et les États membres, qui répertorie les substances préoccupantes pour la santé humaine et/ou l’environnement, et devant faire l’objet d’une évaluation.

Chaque État membre peut ainsi proposer de nouvelles substances à inclure, conformément au règlement REACH, selon plusieurs critères de sélection tels que les risques potentiels : persistance, bioaccumulation et toxicité (PBT) potentielles, perturbation endocrinienne, ou cancérogénicité, mutagénicité et toxicité pour la reproduction (CMR) ; mais aussi les informations sur l'exposition et les volumes totaux enregistrés.

Si une substance figure sur la liste, l’un des États membres l’a évalué ou le fera dans les années à venir.

En raison de l'importance de la prochaine révision de l'Agence européenne des produits chimiques et de la conséquence d'un changement dans l'industrie, il était logique que PCL poursuive le développement d’un nouveau polymère breveté pour faciliter une transition vers des matériaux ignifuges plus sûrs.

Comme l’indique Stephen Blair, Directeur technique au sein de PCL, ces matériaux à très faible toxicité et sans migration ni bioaccumulation, ne font aucun compromis sur les propriétés, démontrant que les composés halogénés ne sont pas indispensables pour formuler un polymère ignifugé.

Quelles sont les principales innovations ?

L’innovation clé s'est concentrée sur le fait que, traditionnellement, lorsque l’on ajoute un additif ou un retardateur de flamme à un matériau, d’autres aspects sont souvent sacrifiés, tels que la tolérance à la chaleur ou la résistance aux chocs. En d'autres termes, les matériaux ignifuges traditionnels sont incapables de résister aux contraintes du moulage sur le long terme.

Habituellement, les grades PC/ABS FR ne sont pas réemployés, par crainte d’une perte des propriétés feu-fumée après recyclage. Cela s’explique par la présence de composants halogènes qui « coexistent » avec la matière et peuvent migrer. Un autre point faible de l'ignifugation traditionnelle est que le composant moulé final aura une rigidité moindre à des températures élevées en raison d’un effet « plastifiant » sur le polymère. En outre, les matériaux en ABS FR standards, qui contiennent également des halogènes, utilisent des produits chimiques supplémentaires tels que le trioxyde d'antimoine pour éteindre les flammes.

A l’inverse, les composants sont unifiés au sein de la matrice polymère Notoxicom®, en raison de leur formulation spécifique, permettant ainsi une conservation des propriétés d’ignifugation même après retraitement.

Comparaison de la durabilité et de la robustesse après recyclage des principaux matériaux PC/ABS FR

Les graphiques ci-dessous montrent qu'après des traitements répétés, Notoxicom® B6000 conserve toutes ses propriétés ignifuges. 

Durabilité-matière plastique

Figure 1 - Etude de la dégradation des propriétés FR après recyclage.

Resistance-plastique ignifugé

Figure 2 - Etude de la résistance à l'impact du matériau après recyclage.

Quelle est la particularité de ce développement technologique ?

Cette évolution technologique prouve que l'utilisation d'halogènes ou de matériaux en phase liquide ne sont pas nécessaires pour créer un polymère ignifuge. Elle démontre aussi que des produits plus sûrs tels que le Notoxicom® B6000 (PC/ABS FR) et Notoxicom® S6000 (PC/ASA FR) surpassent tous les aspects techniques requis par un composant retardateur de flamme.

PCL a travaillé en étroite collaboration durant de nombreux mois avec un laboratoire d’essai à la pointe de l’industrie (accrédité ISO 90001), pendant toutes les phases de mise au point des formules.

Et, quelles sont les propriétés de ces nouveaux matériaux ?

De façon plus large, ce principe de formulation unifiée, breveté par PCL, permet un maintien de l’ensemble des propriétés des matériaux (rigidité, tolérance à la chaleur, résistance aux chocs, etc.) afin de répondre à différentes applications, des boîtiers de batteries aux appareils médicaux de pointe. Par exemple, le PC/ASA FR présente une résistance aux chocs autour de -15 kJ/m2 et une stabilité aux UV élevée, compatible avec des applications extérieures. Le PC/ABS FR de son côté offre une résistance qui se situe autour de -46 kJ/m2. Ce dernier est un excellent choix pour les applications automobiles très spécifiques telles que les boîtiers ou les batteries de véhicules électriques, qui exigent de la robustesse, avec un retardement des flammes.

Plusieurs éléments caractérisent ces matériaux. En effet, ils sont :

  • sans halogène et qui présentent un profil de toxicité favorable par rapport à tous les autres matériaux halogénés ignifuges
  • sans migration
  • sans bioaccumulation
  • plus faciles à traiter à l'état fondu
  • sans perte de propriétés physiques par rapport aux matériaux ignifuges halogénés et liquides non halogénés.
  • brevetés et fabriqués au Royaume-Uni sur le site de fabrication de PCL à Durham dans des délais courts.

Les deux matériaux se distinguent néanmoins par des propriétés techniques légèrement différentes.

Données techniques du Notoxicom® B6000 (PC/ABS FR) :

  • Débit élevé et excellente capacité de traitement des outils complexes.
  • Bonne performance thermique Vicat (B/50) - 125°C.
  • Excellente résistance aux chocs - 46 kJ/m2.
  • Indice UL94 V0 sans halogène à 0,75 mm.
  • GWIT à 960°C.
  • Densité inférieure d'environ 5 % (Sg de 1,14g/cm3) par rapport à des matériaux similaires en PC/ABS FR.
  • Légèrement plus résistant avec un impact de 46 kJ/m2, il est un excellent choix pour les applications automobiles très spécifiques telles que les boîtiers ou les batteries de véhicules électriques, qui exigent de la robustesse, avec un retardement exceptionnel des flammes.

Données techniques du Notoxicom® S6000 (PC/ASA FR) :

  • Excellente stabilité aux UV
  • Débit élevé et excellente capacité de traitement des outils complexes.
  • Bonne performance thermique Vicat (B/50) - 125°C.
  • Excellente résistance aux chocs -15 kJ/m2.
  • Indice UL94 V0 sans halogène à 0,75 mm.
  • GWIT à 960°C.
  • Densité inférieure d'environ 5 % (SG de 1,14g/cm3) par rapport à des matériaux similaires en PC/ASA FR.
  • Avec ses grandes capacités de résistance aux intempéries, il est un excellent choix pour toute utilisation extérieure qui exige également un retardement de flamme de premier niveau.

Les attributs de performance clés sont conservés, le PC/ABS et le PC/ASA présentent tous deux un équilibre de pointe entre débit, impact, tenue en hautes températures et facilité de traitement. En outre, et surtout, les deux matériaux ne contiennent aucun des halogènes toxiques, de façon à instaurer un monde plus sûr pour tous.

En parallèle, PCL a développé deux nouveaux grades. Le premier est un PC/ABS FR ignifugé de 1,5 mm classé V0 (Notoxicom® B6303), avec une tenue thermique améliorée, adapté aux applications d'extrusion et de moulage par injection. Le second matériau est un grade Polycarbonate FR non halogéné (Notoxicom® A6000), destiné au moulage par injection, qui présente de hautes propriétés de retard de flamme et une toxicité fumée très faible, s’adaptant ainsi aux applications de transport.

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