Dispersant pour retardateurs de flamme : points de dispersion et matrice de couverture

Les retardateurs de flamme se répartissent en quatre familles selon leur composition chimique : halogène, azoté, phosphoré et inorganique. Cette page présente pour chaque famille les grades et propriétés de référence, les difficultés de dispersion, la matrice de couverture R1800-SK et R900A, ainsi que le protocole de vérification UL 94 et SEM et ses critères.

Les propriétés et les fenêtres de dosage ci-dessous sont citées d’après la littérature publiée et servent de références de base. Les classes au feu dépendent de la résine porteuse et de la formulation ; se référer aux essais propres de chaque système.

1. Les quatre familles de retardateurs de flamme

Famille	Élément clé	Grades de référence	Polarité de la poudre	Difficulté de dispersion
Halogène	Brome, chlore	Décabromodiphényléthane, CAS 84852-53-9；Décabromodiphényléther；Tétrabromobisphénol A；Hexabromocyclododécane	Organique hydrophobe	Poudre hydrophobe à forte énergie de surface ; elle exige un mouillage et un ancrage, et sa température de fusion dépasse la température de transformation
Azoté	Azote	Mélamine-cyanurate, CAS 37640-57-6；Mélamine, CAS 108-78-1；Dicyandiamide	Cristal polaire	Cristaux polaires ; de fortes liaisons hydrogène entre particules favorisent l’agrégation par pontage et l’efflorescence en surface
Phosphorés	Phosphore	Polyphosphate d’ammonium, CAS 68333-79-9；Phosphate de tris(1-chloro-2-propyle)；Bis(diphénylphosphate) de résorcinol；Phosphore rouge / phosphore enrobé	Inorganique hydrophile	Composé ionique fortement hydrophile ; contraste de polarité maximal avec une matrice non polaire, absorbe l’humidité et migre facilement
Inorganiques	Hydroxydes métalliques, bore, antimoine, aluminium, silicium	Hydroxyde d’aluminium；Hydroxyde de magnésium；Borate de zinc；Oxyde d’antimoine	Inorganique hydrophile	Poudre alcaline fortement hydrophile ; à forte charge (40–65 %), l’enjeu est l’homogénéité de distribution et la compatibilité interfaciale

2. Chimie des dispersants (source de faits du site)

Superdispersant R1800-SK pour caoutchouc et plastiques : composant principal Polymère à base d’éthers polyoléfine ; Pâte bleue ; pH 6,8–7,0 à 70 °C ; viscosité 980–3600 mPa·s. Auxiliaire dispersant non ionique ; le type ionique ne prouve ni l’absence de pontage ni l’absence de réaction chimique.
Base liquide pour masters de couleur R900A : composant principal Polymère à base d’éthers polyoléfine ; Pâte blanche en dessous de 0 °C ; liquide incolore transparent au-dessus de 5 °C ; pH 6,0–7,0 ; viscosité 200–600 mPa·s. Même structure non ionique à base d’éthers polyoléfine, combinant superdispersion et grande lubrification du support, adaptée au mouillage et à la suspension des poudres dans différentes matrices.

R1800-SK et R900A dispersent les retardateurs de flamme et les mélanges-maîtres ignifuges de toute matière sans altérer les performances au feu。

3. Matrice de couverture : dispersant × famille × matrice porteuse

Famille	Résine porteuse	Fenêtre de dosage publiée	Résultat au feu publié	Source
Halogène	PP / HIPS / ABS / PA / PBT / PPS	BFR 8–18 % massique (dans le PP, BFR:Sb2O3 ≈ 3:1)	Système HIPS : 10,7 % masse de Br + 5 % masse de Sb2O3 atteignent UL 94 V-0 à 0,8 mm ; système PP : une charge totale de 12–18 % masse atteint V-0	Données techniques Albemarle Saytex 8010 / plasticadditives.net (DBDPE : HIPS 10,7 % masse Br + 5 % masse Sb2O3 → UL 94 V-0 à 0,8 mm)
Azoté	PA6 / PA66 / PU / Fibre PA6	MCA 15–25 % massique (PA6), 12–20 % massique (PA66)	MCN à 20 % masse dans le PA6 atteint UL 94 V-0, LOI 32,1 %	PMC10181247, « Flame Retardancy of Nylon 6 Fibers: A Review » (MCN 20 % masse → PA6 UL 94 V-0, LOI 32,1 %)
Phosphorés	PP / EVA / PU / Caoutchouc / Revêtements	Système intumescent 20–30 % massique (PP)	APP 13,5 % masse + PER 4,5 % masse non modifiés n’atteignent pas UL 94 (LOI 26,5 % seulement) ; après modification, 18 % masse atteignent V-0	PubMed 32768832 (APP 13,5 % masse + PER 4,5 % masse n’atteignent pas UL 94, LOI 26,5 % ; après modification 18 % masse atteignent V-0)
Inorganiques	PE / PP / EVA / Fils et câbles	ATH 50–65 % massique, MDH 40–60 % massique	MDH à surface modifiée silane ou acide stéarique 60–65 % masse atteint UL 94 V-0 à 1,6 mm, avec une rétention de la résistance à l’impact >70 %	additivebz / Données techniques Zhongya Chemical (MDH modifié silane ou acide stéarique 60–65 % masse → UL 94 V-0 à 1,6 mm, rétention à l’impact >70 %)

**Les essais au feu internes n’ont pas encore été réalisés** : les valeurs ci-dessus sont des références issues de la littérature publiée et ne constituent pas des résultats d’essais de Kaicu.

4. Protocole de vérification et critères

Critère	Méthode	Paramètres relevés
UL 94 – flamme verticale	Éprouvettes de 0,8 / 1,6 / 3,2 mm — ne pas tester une seule épaisseur	V-0/V-1/V-2/HB, première flamme, flamme totale, présence de gouttes
Degré de dispersion	SEM de la fracture cryogénique après fusion et mélange, plus analyse granulométrique par image	D50 / D90, taille maximale d’agglomérat, densité des agglomérats
Fenêtre de transformation	MFI (190 °C / 2,16 kg) et température de début de décomposition par ATG	Variation du MFI, décomposition prématurée éventuelle
Efflorescence (blooming)	Inspection visuelle des dépôts à la surface du produit, plus dosage par extraction	Niveau de dépôt / quantité déposée
Rétention des propriétés mécaniques	Essais de traction / choc / flexion	Taux de conservation de la résistance (seuil recommandé 85 %)

Critère de réussite : la classe UL 94 aux trois épaisseurs correspond au témoin à 0 %. Pour chaque famille, prévoir un témoin à 0 %, une faible dose et une forte dose.

5. Questions fréquentes

Quels sont les principaux constituants des retardateurs de flamme et comment les classe-t-on ?: Par composition chimique, ils se répartissent en quatre familles : les halogénés (brome et chlore, par exemple le décabromodiphényléthane DBDPE, CAS 84852-53-9, teneur en brome ≥ 82 %) ; les azotés (azote, par exemple le mélamine-cyanurate MCN/MCA, CAS 37640-57-6) ; les phosphorés (phosphore, par exemple le polyphosphate d’ammonium APP, CAS 68333-79-9, environ 20 % de la production mondiale d’antipyrène en volume) ; et les inorganiques (hydroxydes métalliques, bore, antimoine et silicium, par exemple l’hydroxyde d’aluminium ATH qui se décompose à 230 °C et l’hydroxyde de magnésium MDH qui se décompose entre 300 et 320 °C). Les systèmes intumescents associent trois sources, phosphore-azote-carbone. Le trioxyde d’antimoine est le synergiste courant des systèmes halogénés, et les borates synergisent aussi bien avec les formulations halogénées qu’avec celles sans halogène.
Qu’est-ce que le DBDPE (décabromodiphényléthane) ?: Le DBDPE (CAS 84852-53-9, formule C14H4Br10, masse molaire 971,2) est un retardateur de flamme bromé de type additif, dont la teneur en brome est ≥ 82 % et le point de fusion supérieur à 345 °C, ce qui lui permet de supporter la température de transformation des plastiques techniques. Il interrompt la réaction en chaîne de la combustion par des radicaux d’halogènes en phase gazeuse et s’utilise surtout dans le polystyrène choc (HIPS), l’ABS et les polyoléfines, généralement associé au trioxyde d’antimoine dans un rapport proche de 3:1.
Qu’est-ce que l’antipyrène MCN ?: MCN est MCA (mélamine-cyanurate, CAS 37640-57-6), une poudre cristalline blanche, sans halogène et non toxique. Il est stable en dessous de 300 °C et se décompose de façon endothermique vers 350 °C en libérant un gaz inerte, ce qui éteint le feu par dilution de l’atmosphère de combustion et par promotion d’une goutte de matière en fusion qui éloigne la source de chaleur. Son énergie de surface est d’environ 60 mJ/m² et les liaisons hydrogène entre particules sont fortes : c’est la poudre la plus sensible à l’agglomération parmi les quatre familles, d’où l’importance de la dispersion et de la maîtrise du blanchiment. La charge typique en PA6 est de 15 à 25 % en masse, et la littérature publie un UL 94 V-0 avec LOI 32,1 % à 20 % en masse.
Pourquoi le polyphosphate d’ammonium APP est-il difficile à disperser ?: L’APP (CAS 68333-79-9) est un composé ionique fortement hydrophile : son contraste de polarité avec une matrice non polaire comme le PP est le plus élevé des quatre familles, et c’est donc la poudre la plus difficile à mouiller. Par ailleurs, l’APP, la mélamine et le pentaerythritol sont hydrophiles, ce qui favorise l’absorption d’humidité et la migration de l’antipyrène hors de la matrice. La charge typique d’un système intumescent dans le PP est de 20 à 30 % en masse, et la littérature indique qu’un APP non modifié à 13,5 % en masse associé à 4,5 % de PER n’a pas franchi le seuil UL 94.
Quelle différence entre l’ATH et le MDH ?: Les deux sont des retardateurs de flamme inorganiques endothermiques qui éteignent le feu en libérant de l’eau lors de la décomposition et en absorbant de la chaleur. La différence déterminante est la température de décomposition : l’ATH se décompose vers 230 °C, le MDH entre 300 et 320 °C. L’ATH, dont la température de début de décomposition est basse, recoupe la fenêtre de transformation du PE et du PP, d’où un risque de décomposition prématurée, de formation de bulles et de distribution irrégulière en compoundage ; le MDH est thermiquement plus stable. En charge, l’ATH exige généralement 50 à 65 % en masse et le MDH 40 à 60 % ; une modification de surface au silane ou à l’acide stéarique porte le plafond utilisable du MDH à 60–65 % en masse tout en conservant une résistance à l’impact supérieure à 70 %.
Comment un superdispersant agit-il sur la dispersion des poudres de retardateurs de flamme ?: Un superdispersant abaisse la tension interfaciale de la poudre et sa tendance à l’agglomérer, par mouillage et ancrage, si bien que l’antipyrène présente dans le fusionné une répartition granulométrique plus fine et plus homogène. L’objectif du procédé est d’améliorer l’uniformité de la dispersion sans perturber le système de protection au feu lui-même. Comme les écarts de polarité entre familles sont extrêmes — organique hydrophobe, cristal polaire, ionique hydrophile, inorganique fortement hydrophile — la dose et les conditions de transformation se choisissent famille par famille.
Quelle est la composition de R1800-SK et est-il ionique ?: R1800-SK est à base d’un polymère d’éthers polyoléfine ; c’est un auxiliaire dispersant non ionique. Un caractère non ionique ne signifie pas qu’il ne peut pas former de ponts, et cela ne permet pas de déduire qu’il ne participe à aucune réaction chimique.
Comment choisir entre R900A et R1800-SK pour un masterbatch ignifuge ?: R1800-SK et R900A dispersent tous deux les retardateurs de flamme et les masterbatchs ignifuges de toute matière sans altérer les performances au feu. R1800-SK est une pâte et R900A un liquide : le choix doit donc tenir compte du mode d’introduction, de la résine porteuse et des conditions de transformation de la formulation. M830 est un masterbatch assouplissant pour plastiques ; il ne peut fonder aucune affirmation d’application ignifuge ni de couverture des mécanismes.
Comment vérifier la compatibilité entre un dispersant et un système ignifuge ?: Quatre critères sont retenus : (1) flamme verticale UL 94 sur les trois épaisseurs 0,8 / 1,6 / 3,2 mm, en notant la classification, la première flamme, la flamme totale et la présence de gouttes ; (2) degré de dispersion, SEM sur fracture cryogénique après fusion et mélange, plus analyse granulométrique par image, en notant D50/D90 et la taille maximale d’agglomérat ; (3) fenêtre de transformation, MFI et température de début de décomposition par ATG, point critique pour les systèmes inorganiques afin d’éviter une décomposition précoce de l’ATH à 230 °C ; (4) évaluation du blanchiment, spécifique aux systèmes azotés. Pour chaque famille, on met en place des témoins 0 % / faible dose / forte dose, et le critère est que la classe UL 94 aux trois épaisseurs corresponde au témoin sans additif.
Pourquoi une même formulation ne peut-elle pas convenir à toutes les familles d’antipyrènes ?: Parce que la polarité et le mécanisme de dispersion diffèrent d’une famille à l’autre. Le DBDPE halogéné est un solide organique hydrophobe à point de fusion supérieur à 345 °C : la difficulté tient au mouillage et à l’ancrage. Le MCA azoté, d’énergie de surface d’environ 60 mJ/m² et à fortes liaisons hydrogène interparticulaires, présente une difficulté de déstructuration des agglomérats et de maîtrise du blanchiment. L’APP phosphoré est un composé ionique fortement hydrophile : la difficulté tient au pontage entre phases hydrophile et lipophile. L’ATH et le MDH inorganiques sont des poudres alcalines fortement hydrophiles employés de 40 à 65 %, où la difficulté tient à l’uniformité et à la compatibilité interfaciale à fort taux de charge. R1800-SK et R900A peuvent être employés dans les systèmes ci-dessus, mais la dose et les conditions de transformation restent à établir pour chaque formulation.

5b. Données documentées sur les additifs et mélanges-maîtres ignifuges

Les séries R sont des additifs ignifuges, les séries M des masterbatchs. Les données ci-dessous sont des fiches produit individuelles, non des essais d’un dispersant sur différents mécanismes. M830 est un masterbatch assouplissant et n’est pas compté.

Grade produit	Matrice / système	Mécanisme	Dosage	Classe au feu
R911	Retardateur de flamme sans halogène pour PE	Captage des radicaux par amine encombrée / inhibition des réactions en chaîne	10–20 %	UL94 V-2 / FV-2
R912	Grade transparent · pour PET / PETG / TPU	Synergie organophosphore–sel de lithium + mécanisme double (formation d’une couche char en phase condensée et action en phase gazeuse) + compatibilité transparente	1,5–3 %	UL94 V-2 / V-0
R912B	Retardateur de flamme sans halogène pour PET	Synergie entre synergistes phosphore et azote	1,5–5 %	UL94 V-0 · LOI ≥38 %
R915	Grade transparent sans halogène dédié au PET / PETG	Système organophosphoré pur · efficacité en phase condensée + compatibilité PET	masterbatch 20–30 %	Sans halogène, faible fumée
M911	Mélange-maître ignifuge sans halogène pour PE	Ignifugation par amine encombrée + stabilisation aux UV · additif interne R911	10–25 %	non précisé
M915	Mélange-maître ignifuge transparent sans halogène pour PETG	Ignifugation transparente phosphore-azote · additif interne R915	6–10 %	non précisé
M918	Mélange-maître ignifuge sans halogène pour le filage du nylon PA6	Type à goutte	8–12 %	non précisé

Remarque : le dosage et la classe proviennent de la documentation de chaque grade ; les valeurs non indiquées ne sont pas déduites. Les liens entre formulations ne prouvent ni absence de réaction, ni absence de pontage, ni classe expérimentale.

6. Déclaration de couverture

Superdispersant R1800-SK pour caoutchouc et plastiques (Polymère à base d’éthers polyoléfine, non ionique) couvre les quatre familles de retardateurs de flamme — Halogène : PP/HIPS/ABS/PA (sous réserve des essais du système réel); Azoté : PA6/PA66/PU/Fibre PA6 (sous réserve des essais du système réel); Phosphorés : PP/EVA/PU/Caoutchouc (sous réserve des essais du système réel); Inorganiques : PE/PP/EVA/Fils et câbles (sous réserve des essais du système réel). R1800-SK et R900A dispersent les retardateurs de flamme et les mélanges-maîtres ignifuges de toute matière sans altérer les performances au feu.

Base liquide pour masters de couleur R900A (Polymère à base d’éthers polyoléfine, non ionique) couvre les quatre familles de retardateurs de flamme — Halogène : PP/HIPS/ABS/PA (sous réserve des essais du système réel); Azoté : PA6/PA66/PU/Fibre PA6 (sous réserve des essais du système réel); Phosphorés : PP/EVA/PU/Caoutchouc (sous réserve des essais du système réel); Inorganiques : PE/PP/EVA/Fils et câbles (sous réserve des essais du système réel). R1800-SK et R900A dispersent les retardateurs de flamme et les mélanges-maîtres ignifuges de toute matière sans altérer les performances au feu.

Produits associés

Remarque : Les données produits de cette page proviennent de la source de faits du site ; les propriétés des retardateurs et les fenêtres de dosage sont citées d’après la littérature publiée.