Composition FR non halogène

Demandeur: EcoChem | Flame Retardant Chemistry
Inventeurs: Helmut Wiehn, Pieter Daeseleire 
Numéro de demande de brevet: WO2022/122795  A1

L'invention concerne une composition aqueuse ignifuge et un procédé amélioré pour conférer un caractère ignifuge à des matériaux à base de bois et de cellulose pour des meubles et des constructions intérieures. Les matériaux à base de bois et de cellulose sont largement utilisés comme matériaux de construction et dans les meubles. En outre, les panneaux décoratifs sont couramment employés dans la construction de meubles et dans la finition décorative des intérieurs. Ces matériaux doivent répondre à des normes élevées de résistance au feu. La norme européenne DIN EN 13823 est largement acceptée pour comparer les propriétés ignifuges de différents matériaux. Des méthodes un peu plus anciennes mais qui donnent néanmoins des résultats fiables sont les normes ISO 5658-2 (2006) et UNI 9174 (2010). Sur la base de ces méthodes, des classifications peuvent être attribuées aux matériaux (par exemple, l'Euroclasse selon la norme DIN EN 13501-1 (2019-05)).

Pour augmenter leur résistance au feu, les matériaux à base de bois et de cellulose peuvent être traités avec des compositions ignifuges et des compositions intumescentes. Les compositions ignifuges peuvent ralentir la propagation d'un incendie en absorbant l'énergie qui servirait autrement à la perpétuation du processus de combustion. Les compositions intumescentes gonflent sous l'effet de la chaleur pour former une couche de mousse volumineuse (charbon intumescent) qui sert à isoler le substrat contre la chaleur, ralentissant ainsi la pyrolyse du substrat. En outre, le charbon intumescent empêche l'oxygène d'entrer en contact avec le substrat, inhibant ainsi la combustion.

Les compositions intumescentes typiques contiennent un donneur d'acide, un donneur de carbone et un agent gonflant.

Pour des raisons environnementales et économiques, il est souhaitable et avantageux de formuler des compositions intumescentes à base d'eau, de préférence des compositions non halogénées. Cependant, des problèmes de solubilité et de compatibilité doivent être traités lors de leur composition. 

Différentes méthodes ont été décrites pour le traitement des substrats. Ces méthodes nécessitent toutefois de grandes quantités d'agents actifs. En outre, les matières premières qui ont été traitées à l'aide d'une solution aqueuse peuvent être vulnérables à une lixiviation ultérieure des agents actifs. Enfin, des problèmes de compatibilité entre les agents actifs et les adhésifs ou les résines utilisés pour former un produit à partir des matières premières traitées peuvent également se poser.

Un agent ignifuge peut être ajouté sous forme de granulés à des particules de bois dans le cas de la préparation de panneaux de particules ou ajouté sous forme de suspension, dispersion ou solution liquide à des fibres dans le cas de la préparation de panneaux de fibres ou de panneaux à copeaux orientés. Dans ces cas également, la compatibilité entre les agents actifs et le ou les adhésifs peut poser problème, et il est toujours nécessaire d'employer de grandes quantités d'agents actifs.

L'invention résout les problèmes identifiés au moyen d'une composition ignifuge aqueuse, d'une composition intumescente aqueuse et d'un procédé pour conférer un caractère ignifuge à un substrat. Des matériaux présentant d'excellentes propriétés ignifuges peuvent être obtenus en utilisant seulement de petites quantités d'agents actifs. En particulier, l'invention revendiquée permet de réduire considérablement les quantités d'agents ignifuges nécessaires pour obtenir une certaine performance de réaction au feu, comme un certain niveau de classification dans le système Euroclass. Cette réduction représente une amélioration non seulement d'un point de vue économique, mais aussi d'un point de vue écologique. En outre, la composition est sans halogène. Ces compositions sont généralement considérées comme plus sûres, non toxiques et ne s'accumulent pas dans l'environnement ou dans les organismes.

• Solution aqueuse de résine : on peut utiliser des solutions aqueuses de résine mélamine-formaldéhyde, des solutions aqueuses de résine mélamine-urée-formaldéhyde, leurs mélanges et leurs mélanges avec des solutions aqueuses de résine urée-formaldéhyde et/ou des solutions aqueuses de résine phénol-formaldéhyde. a une double fonctionnalité. D'une part, la résine agit comme un liant, ce qui rend possible la formation d'un revêtement stable. D'autre part, la mélamine contenue dans la solution aqueuse de résine (A) agit comme un agent gonflant lors de l'exposition à la chaleur et participe ainsi à l'action intumescente du revêtement.
• Donneur d'acide : polyphosphate d'ammonium, phosphate de guanylurée, phosphate de guanidine et leurs mélanges. Un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par le polyphosphate d'ammonium, le phosphate de guanylurée et le phosphate de guanidine, et de préférence un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par le polyphosphate d'ammonium et le phosphate de guanidine. Ceci est fait dans l'optique de maximiser l'ignifugation du revêtement, tout en évitant l'utilisation de composés présentant un degré élevé d'acidité.
• Donneur de carbone : glucose, arabinose et autres monosaccharides ; lactose, maltose et autres disaccharides ; amidon, cellulose, dextrine et autres polysaccharides ; sorbitol, érythritol, pentaérythritol, dipentaérythritol, tripentaérythritol, mannitol et autres alcools polyhydriques ; et leurs mélanges. De préférence, un ou plusieurs composés choisis dans le groupe constitué par l'amidon, la cellulose, la dextrine et d'autres polysaccharides ; le sorbitol, l'érythritol, le pentaérythritol, le dipentaérythritol, le tripentaérythritol, le mannitol et d'autres alcools polyhydriques, et de préférence, un ou plusieurs composés choisis dans le groupe constitué par le sorbitol, le pentaérythritol et le dipentaérythritol. L'utilisation des composés indiqués est également censée minimiser les risques pour la santé et l'environnement.

Le donneur d'acide et le donneur de carbone sont typiquement employés sous la forme de poudres particulaires, dans lesquelles au moins 90% des particules présentes ont une taille de particule inférieure à 50 pm ou au moins 50% des particules ont une taille de particule inférieure à 10 pm.

• La composition et le procédé de la présente invention permettent d'obtenir un revêtement qui est suffisamment stable et durable pour permettre l'utilisation du produit traité dans des applications de construction intérieure, éliminant ainsi la nécessité d'appliquer une surcouche supplémentaire.
• La double fonctionnalité du composant résine permet d'éliminer l'utilisation d'un mélange acétate de polyvinyle (PVA)/acrylate, qui était auparavant couramment employé comme liant pour les compositions intumescentes.
• L'existence sous forme dissoute et la réduction de la taille des particules qui y est associée permettent non seulement une meilleure répartition de la résine dans la composition intumescente, mais servent également à augmenter la réactivité du revêtement intumescent, car le composant résineux présente une plus grande surface de réaction et est plus uniformément réparti.
• Toutefois, le liant n'est pas limité à de telles solutions de résine, et tout liant qui ne nuit pas à l'application de la composition intumescente aqueuse peut être utilisé.
• Cependant, comme les esters partiels d'acide phosphorique sont comparativement coûteux, il serait souhaitable de trouver un moyen de réduire la quantité nécessaire ou de pouvoir les remplacer complètement tout en maintenant des propriétés intumescentes adéquates.