1. Mécanisme ignifuge (l'action intumescente)
L'APP fonctionne principalement comme un ignifuge intumescent. Cela signifie que lorsqu'il est exposé à la chaleur, il provoque le gonflement du matériau et la formation d'une couche carbonée épaisse et poreuse (charbon) à sa surface. Cette couche protectrice de charbon est essentielle à son action ignifuge, qui se produit en trois étapes principales :
Étape 1 : Source d'acide (décomposition)
Lors du chauffage (généralement au-dessus de 250 °C), l'APP se décompose et libère de l'acide polyphosphorique et du gaz ammoniac épaisse, multicellulaire et légère.
(NH₄PO₃)ₙ → acides polyphosphoriques de type H₄P₄O₁₂ + NH₃
- Étape 2 : Carbonisation (formation de charbon)
L'acide polyphosphorique fort et déshydratant réagit avec une source de carbone (souvent un composé polyhydrique comme le pentaérythritol, qui fait partie d'un système intumescent, ou la matrice polymère elle-même). Cette réaction catalyse la déshydratation et la carbonisation de la source de carbone, formant un charbon riche en carbone. - Étape 3 : Gonflement (expansion)
Le gaz ammoniac libéré est piégé dans la masse carbonisante visqueuse et en fusion. Cela provoque le moussage et l'expansion spectaculaire du charbon, formant une couche de mousse carbonée épaisse, multicellulaire et légère.
Comment cette couche de charbon fonctionne :
- Effet barrière : Le charbon agit comme une barrière physique, isolant le matériau sous-jacent de la chaleur de la flamme et empêchant l'échappement des gaz volatils inflammables.
- Puit de chaleur : Les processus de décomposition et d'expansion sont endothermiques, ce qui signifie qu'ils absorbent la chaleur, ce qui refroidit le substrat.
- Dilution : Le gaz ammoniac non inflammable libéré dilue l'oxygène et les gaz inflammables près de la zone de combustion.
2. Caractéristiques clés
- Sans halogène : L'APP ne contient ni chlore ni brome, ce qui en fait un choix écologiquement préférable car il ne produit pas de dioxines et de furanes corrosives ou toxiques pendant la combustion.
- Intumescent : Son action principale est de former une couche de charbon protectrice et en expansion.
- Haute efficacité : Il est très efficace à des charges relativement faibles par rapport à certains autres ignifuges minéraux.
- Bonne stabilité thermique : L'APP a une température de décomposition élevée, ce qui le rend adapté aux polymères qui sont transformés à des températures élevées.
- Faible solubilité dans l'eau : Les grades d'APP à poids moléculaire plus élevé (chaîne plus longue) ont une très faible solubilité dans l'eau, ce qui est crucial pour les applications nécessitant une durabilité à long terme et une résistance au lessivage.
- Chimiquement inerte : Il est généralement non réactif dans la matrice polymère, ce qui minimise l'impact sur les propriétés inhérentes du polymère.
3. Avantages et inconvénients
Avantages :
- Excellente protection contre le feu : Le charbon intumescent offre une protection supérieure en créant une barrière isolante stable.
- Faible fumée et faible toxicité : En tant que retardateur sans halogène, l'APP produit beaucoup moins de fumée et moins de gaz toxiques que les alternatives à base d'halogène, ce qui est essentiel pour la sécurité des personnes.
- Compatibilité environnementale : Sa nature sans halogène est conforme aux réglementations environnementales mondiales (par exemple, RoHS, REACH).
- Polyvalence : Il est efficace dans une large gamme de polymères, notamment les polyoléfines (polypropylène, polyéthylène), les revêtements, les peintures, les textiles et le caoutchouc.
- Synergie avec d'autres additifs : L'APP agit en synergie avec d'autres composés (comme la mélamine comme agent gonflant et le pentaérythritol comme source de carbone) pour améliorer le caractère ignifuge.
Inconvénients :
- Sensibilité hydrolytique : L'APP peut être sensible à l'humidité, en particulier les grades à faible poids moléculaire. Une exposition prolongée à l'eau/l'humidité peut entraîner une hydrolyse, la décomposant en chaînes plus courtes (par exemple, orthophosphates), ce qui réduit son efficacité. Cela nécessite l'utilisation de grades stabilisés à poids moléculaire élevé ou de revêtements protecteurs pour les applications extérieures.
- Problèmes de compatibilité et de traitement : Des charges élevées d'APP peuvent parfois affecter les propriétés mécaniques (par exemple, la résistance aux chocs) et la rhéologie de traitement du polymère.
- Migration/Floraison : Dans certains systèmes polymères, les particules d'APP peuvent migrer vers la surface au fil du temps, provoquant un phénomène appelé « floraison », qui peut affecter l'aspect de la surface et la peignabilité.
- Coût des systèmes intumescents : Bien que l'APP lui-même soit rentable, un système intumescent complet (APP + source de carbone + agent gonflant) peut être plus cher que de simples charges comme l'hydroxyde d'aluminium (ATH).
- Nature acide : L'acide polyphosphorique généré peut être corrosif pour les équipements de traitement s'il n'est pas correctement géré.