Forum de la Connaissance 2007

Les revêtements organiques anti-feu

Jeudi 20 septembre 2007

Compte Rendu

Les revêtements organiques anti-feu

La 15e édition du FORUM de la CONNAISSANCE s’est tenue à l’IBIS Paris Berthier, le jeudi 20 septembre 2007, et a rassemblé une soixantaine de participants. Rappelons que ce FORUM est une manifestation scientifique organisée chaque année à Paris par le CoRI et l’AFTPVA.

Après les allocutions de bienvenue de Valère ZANONE, Président de l’AFTPVA et de Marcel PIENS, Directeur du CoRI, 9 intervenants se sont succédés tout au long de cette journée, faisant le point sur les revêtements retardateurs de flammes et les peintures intumescentes, et apportant des précisions sur la nature des matières premières utilisées pour les formulations, sur les mécanismes d’action des produits, en passant par l’état des législations européennes relatives à ces systèmes.

On trouvera ci-après les résumés des différentes interventions.

Nature des effluents gazeux en cas d’incendie des polymères ignifugés Carine Chivas, Ineris

Contexte de l’étude

Depuis l’année 1999, le MEDD finance un programme Etude Appui Technique (EAT) intitulé « Evaluation des conséquences de phénomènes dangereux » (DRA-31). La présente étude fait suite à une problématique lancée par le Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable, sous le nom « Devenir des systèmes retardateurs de flammes » [Etudes et Appui Technique : INERIS – DRA 2005 – N° 46029 opération In4 – DRA-31- 2005]. L’utilisation des ignifugeants se développe, mais il reste des points à éclaircir quant à leur utilisation, en particulier leur influence sur la nature et la quantité d’effluents produits lors d’un incendie. Ces produits sont utilisés massivement dans l’industrie des matériaux. Il existe néanmoins une méconnaissance entre le gain que procurent ces produits sur la réaction au feu des matériaux (inflammation et propagation de la flamme) et l’effet de leur emploi sur les effluents gazeux et solides en cas de dégradation thermique. Ce travail a pour but d’apporter des éléments de réponse concernant le compromis entre réaction au feu et effluents, en vue d’accroître le niveau de sécurité en cas d’incendie, en s’intéressant :
• aux modifications apportées par le système retardateur de flamme (RF) sur la nature des effluents ;
• à la cinétique de dégagement et les taux de production d’espèces en fonction du temps ;
• au potentiel toxique des effluents gazeux..

Méthodologie

Le choix d’un ou de plusieurs polymères de base et des systèmes ignifugeants appropriés pour ces polymères a été réalisé sur la base de : • leur pertinence économique, c’est à dire la part de marché qu’ils représentent ;
• leur famille chimique, ce qui conditionne leur mode d’action ;
• leur taux d’utilisation au sein de la matrice retenue.
Afin de pouvoir comparer l’influence des différents types de RF, il convient d’évaluer pour chaque polymère de base la composition des effluents issus de la combustion. Pour évaluer l’influence de la présence des différents types de RF sur les effluents de la combustion, il apparaît intéressant de se focaliser sur deux types de polymères, l’un possédant une toxicité des fumées dite « faible » (polyoléfines), l’autre possédant une toxicité des fumées dite « élevée » (polychlorure de vinyle). De fait, la combinaison de tels polymères, avec des RF dont les fumées sont dites « toxiques », devrait accroître la toxicité des effluents issus de la combustion. Ainsi, l’idée reçue « produits ignifugés = plus de toxicité » reste à être vérifiée voire mieux pondérée. En effet, l’utilisation d’un système retardateur de flamme présente l’avantage de réduire le risque d’incendie mais peut augmenter la toxicité des fumées. Il est donc nécessaire d’identifier et de quantifier le bénéfice apporté par l’utilisation d’un système retardateur de flamme en terme, d’une part de cinétique d’inflammation et d’autre part, de toxicité des fumées.

Résultats

Il en ressort que l’introduction d’un système RF au sein du PVC n’engendre pas de variation significative en terme de toxicité. Seul l'utilisation d'ATH restant dans la phase condensée semble réduire le rendement des HCt et ainsi légèrement contribué à la réduction du potentiel toxique global du PVC. Sur l’échelle de toxicité relative (SEL équivalent) les formulations à base de PVC sont plus toxiques que celles à base de PP. Néanmoins, le SEL équivalent du PP décroît de 134 000 à 45 000 mg/m3 après l’incorporation du système Br/Sb dans la matrice, ce qui montre l’accroissement relatif de la toxicité des effluents après introduction du FR dans le polymère (PP).

Apport des nanoparticules dans les revêtements intumescents
Serge Bourbigot et Sophie Duquesne, ENSC Lille

Le terme français « intumescence » (action par laquelle une chose s’enfle (Littré)) est longtemps resté une expression littéraire. A titre d’exemple, Victor Hugo définit la formation des bancs de brume sur la mer comme « l’intumes-cence de la mer ». Le verbe « To intumesce » fut utilisé par le tragédien Elisabéthain John Webster (1580-1624) avec deux significations : « grandir ou augmenter de volume avec la chaleur » ou « présenter un gonflement vers le haut en bouillonnant ». La définition de Webster permet une description tout à fait exacte des performances d’un revêtement ou d’un matériau intumescent qui, chauffés au delà d’une température critique, commencent à fondre en bouillonnant puis en gonflant. Le résultat du processus consiste en une barrière multicellulaire (alvéolaire), épaisse et ininflammable, susceptible de protéger le substrat ou le matériau résiduel de l’action de la chaleur ou de la flamme.

Talc & borates de Zn ; synergies potentielles dans les systèmes retardateurs de flammes
Jean-Jacques Pauly, Rio Tinto Minerals

Merci aux deux associations AFTPVA et le CORI de nous donner l’occasion de présenter la société Rio Tinto Minerals et nos travaux sur l’utilisation de talcs et de borates de zinc dans les peintures intumescentes.
Rio Tinto Minerals fait partie d’un grand groupe minier mondialement connu et est présent sur les cinq continents. Cette compagnie a été créée le 1er février 2006 par la fusion de 3 compagnies minières :
- Borax, compagnie américaine spécialiste des borates (43% des besoins mondiaux),
- Dampier Salt, compagnie australienne exportatrice de sel,
- Luzenac, leader pour la production de talc (25% des besoins mondiaux).
Dans notre large gamme, nous proposons des produits connus pour leurs effets retardateurs de flamme comme l’acide borique ou les borates de zinc pouvant être associés à une charge lamellaire comme le talc.
Nos borates de zinc appelés Firebrake dont la formule chimique est de 2 oxydes de zinc pour 3 oxydes de bore et 3.5 d’eau agissent principalement par libération de l’eau de constitution, par fusion liée à l’oxyde de bore permettant la formation de céramique, et par l’oxyde de zinc qui agit sur la formation de résidus et la diminution de fumée.
Dans les peintures époxy, nous avons démontré qu’il existe une bonne synergie entre le Firebrake et l’oxyde d’antimoine, cette combinaison permet d’augmenter l’index d’oxygène et d’avoir un bon index UL94 avec un taux de charge plus bas, de réduire efficacement la production de fumée, et d’avoir un bon charbonnement.
Pour les peintures intumescentes et les vernis nous recommandons l’utilisation d’un talc ayant un grand indice de lamellarité le talc HAR "High Aspect Ratio".
Des études récentes montrent que le talc HAR agit principalement comme effet barrière due à sa structure lamellaire.
L’incorporation du borate de zinc Firebrake ZB en combinaison avec le talc HAR amène :
- une diminution du pic de chaleur HRR,
- un bon charbonnement avec une structure cohésive,
- une meilleure stabilité thermique.
Le talc HAR agit comme une couche barrière en limitant la chaleur et le transfert de masse à travers le résidu de charbonnement.
Le Firebrake ZB agit sur le charbonnement et comme liant pour la formation de la structure vitreuse.
La synergie et la complémentarité entre les deux produits permettent de répondre à l’attente des fabricants de peintures intumescentes.

New Developments in intumescent fire protection with Ammoniumpolyphosphate
Thomas Futterer, Chemische Fabrik Budenheim

Coated APP (Ammoniumpolyphosphate) grades offer a wider application range because of better hydrophobic properties, lower water solubility, better thermal stability, improved compatibility to polymeric resins and higher FR efficiency.
Typical applications are intumescent coatings for steel protection (also for external use), textile coatings and polymer appplication. A breakthrouh was achieved using coated APP for thermoplastic materials such as PP and PE.
New synergistic formulations with APP achieve highest fire safety standards withan addition levels below 20 %! New products based on combination with ceramifying additives will lead to even more efficient FR products based on APP.

Off site use of intumescent coatings
Bob Glendenning, Leighs Paints

Leighs Paints presentation discussed the benefits that can be achieved by considering the use of intumescent fire protection applied off-site.
Leighs have pioneered the technology that allows this process developing the very first fast curing intumescent coatings suitable for this application. The fist time that this process was used was in 1992 for the British Pavilion at the Seville World Expo, designed by Nicholas Grimshaw and Partners.
The technology was later investigated by a working party in 1994, quite independently from Leighs Paints that consisted of British Steel (now Corus Tata Steel), The SCI, The ASFP and The BCSA.
All members of this working party represented the leading experts in steel and fire protection in the United Kingdom.
The study carried out by this group led to what is now accepted as the UK's best practice guidance for offsite applied intumescent coatings, P160 from the SCI.
A further, wholly essential part of their study was a cost benefit analysis on a typical 8 storey office type accommodation in central London with a requirement for 60 minutes fire protection.
A leading London practice of Quantity Surveyors carried out this work with SCI, Mace and Bovis without revealing to the invited bidders that this was in fact a fictitious project, all bidders therefore priced this work quite keen.
The result of this study was that, though intumescent coatings prove more costly when compared to the cheapest form of fire protection (cementitious), the holistic cost is actually lower for intumescent coatings.
From the 1994 study, site applied intumescent reduced the overall site programme (for the 8 story office) by one week and this represents a NETT SAVING of around £50,000 per week. Taking into account the possible early rental of the property, this figure rises to around £140,000 per week.
Offsite applied intumescent, however, proved to save 3 weeks off the site programme, tripling this saving!!
Whilst there were some 40 advantages listed in the 1994 report there were also 35 perceived disadvantages, these have since proved to be generally unfounded due to experience and modern methods.
The main benefits for having intumescent fire protection applied off site are:
- Best possible quality control - Reduced costs and programme time - Removal of site health and safety issues
- Removal of access and weather constraints on site
- Steel delivered to site already fire protected.

Revêtements retardateurs de flammes réticulables sous U.V. pour bois Hugues Van den Bergen, Cytec Surface Specialties (B)

Cytec a présenté un exposé centré sur le développement d’oligomères phosphorés acrylés durcissables par rayonnement UV et leur utilisation comme vernis retardateur de flamme pour parquets.
Deux résines phosphorées le RaylokTM 1721 et le RaylokTM 1722 ont été développées comme primaire et comme couche de fond retardateurs de flamme. Un procédé d’application a été spécialement développé pour des applications parquet. Ce système permet de répondre aux exigences de l’industrie du parquet au niveau de l’aspect, de la résistance à l’abrasion, à la griffe et au solvant en combinant des propriétés retardatrices de flamme dans le test du panneau radiant ISO 9239-1. Un panneau MDF avec placage hêtre obtient ainsi une classe BFL dans le système de classification européen pour les matériaux de construction ce qui constitue le niveau de performance le plus élevé pour ce type de matériau.

Un CDROM des conférences est disponible auprès de l’AFTPVA (+33 (0)1 42 63 45 91).