FR3011242A1 - Polystyrene expanse ignifuge par hydroxyde d’aluminium - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une mousse de polystyrène expansé (PSE) ignifugée formée de billes de polystyrène expansé liées les unes aux autres, les billes présentant, d'une part, une porosité intra-granulaire fermée et définissant, d'autre part, des espaces inter-granulaires qui constituent une porosité ouverte, ladite mousse de PSE étant caractérisée par le fait qu'elle comporte dans les espaces intergranulaires une composition ignifuge comprenant du poly(alcool vinylique) (PVOH) et des nanoparticules d'un agent ignifuge minéral choisi dans le groupe constitué de monohydroxyde d'aluminium (AIOOH), de trihydroxyde d'aluminium (Al(OH)3) et d'un mélange de ceux-ci. Elle concerne également un procédé de fabrication d'une telle mousse.

Description

POLYSTYRENE EXPANSE I GNI FUGE PAR HYDROXYDE D'ALUMINIUM La présente invention concerne un nouveau procédé de traitement anti-feu du polystyrène expansé par imprégnation post-moulage avec une composition aqueuse ignifuge. L'invention concerne également une mousse de polystyrène expansé ignifugée obtenue par un tel procédé. Les mousses de polystyrène existent principalement sous deux formes produites et commercialisées à grande échelle : le polystyrène expansé (EPS ou PSE), fabriqué à partir de billes de polystyrène contenant un agent d'expansion, typiquement de l'isopentane. Le procédé de fabrication du PSE comporte généralement une première étape d'expansion ou de pré-expansion des billes par chauffage qui conduit à une augmentation de volume pouvant aller jusqu'à 30 fois le volume initial, une étape de stabilisation/mûrissement des billes expansées et, pour finir, une étape de moulage des billes expansées par chauffage dans un moule. Au cours de cette dernière étape, conduite sous vapeur d'eau, les billes ramollies par la chaleur et soumises à la pression de moulage sont liées les unes aux autres. La structure agglomérée, caractéristique du PSE, est parfaitement visible dans le produit final. Le PSE présente donc toujours deux types de porosités, à savoir la porosité intragranulaire, interne aux billes, généralement une porosité fermée créée par l'agent d'expansion, et une porosité ouverte correspondant à l'espace intergranulaire formé lors de l'agglomération des billes expansées au cours de l'étape de moulage. Les produits à base de PSE ont généralement une masse volumique inférieure à 30 kg/m3 ; le polystyrène extrudé (XPS) est formé par extrusion d'une composition de polystyrène contenant un agent d'expansion. Il a une structure assez homogène, avec une porosité fermée et une peau lisse. Sa masse volumique est généralement supérieure à celle du polystyrène expansé, de l'ordre de 30 à 100 kg/m3. L'agent ignifuge, ou retardateur de flamme, le plus utilisé pour ces deux types de mousse de polystyrène, est l'hexabromocyclododécane (HBCD). Or, ce composé est inscrit depuis 2008 sur la liste des polluants organiques persistants et au mois de mai 2013 les 152 états signataires de la Convention de Stockholm ont voté l'interdiction de la commercialisation de cette substance.

II existe donc un besoin pour remplacer ce retardateur de flamme en particulier dans les mousses de polystyrène. Il est connu d'utiliser, à la place d'agents ignifuges organiques bromés ou chlorés, des agents retardateurs de flamme minéraux, par exemple des oxydes métalliques ou des argiles. Ces additifs sont moins efficaces que les retardateurs de flamme organiques halogénés et doivent être utilisés en des quantités considérablement plus importantes, pouvant atteindre dans certains cas jusqu'à 70 % en poids. Lorsqu'on souhaite incorporer le retardateur de flamme minéral dans la masse du polymère, il est généralement nécessaire de trouver pour chaque système polymère- retardateur de flamme un agent compatibilisant et un procédé d'incorporation appropriés permettant d'obtenir des propriétés mécaniques et une durée de vie acceptables. Dans le cadre de ses recherches visant à améliorer la résistance au feu du polystyrène expansé sans utiliser d'hexabromocyclododécane, la Demanderesse a réalisé un certain nombre d'essais visant à appliquer, à la surface de plaques ou blocs de polystyrène expansé, un revêtement contenant des particules d'un agent ignifuge minéral liées par un polymère organique. Au cours de ces essais, la Demanderesse a constaté, avec une certaine surprise, que la suspension aqueuse utilisée se déposait non seulement sur la surface externe du PSE mais pénétrait assez facilement à l'intérieur du matériau, occupant l'espace intergranulaire entre les billes, sans toutefois pénétrer à l'intérieur de ces dernières. On obtenait ainsi un effet ignifuge non seulement en surface mais en profondeur du matériau. La facilité de pénétration de la composition aqueuse d'imprégnation 30 était assez surprenante au vu du caractère hydrophobe des billes de polystyrène. La présente invention est ainsi basée sur la découverte que, pour incorporer des quantités assez importantes d'un retardateur de flamme particulaire dans du polystyrène expansé, il est possible de mettre à profit la porosité ouverte de ce type de mousse. Les essais réalisés par la Demanderesse ont mis en évidence que, pour permettre aux particules minérales de pénétrer dans le système de canaux constituant l'espace intergranulaire du PSE, il est nécessaire - d'utiliser des particules suffisamment petites, - de leur adjoindre un polymère hydrophile approprié et - de limiter la viscosité de la suspension colloïdale d'imprégnation. Après une ou plusieurs étapes d'imprégnation du PSE moulé, par exemple par simple immersion dans une suspension colloïdale aqueuse, il suffit de sécher le matériau. Grâce au procédé de l'invention, il n'est pas nécessaire de modifier le procédé de fabrication du PSE (pré-expansion/mûrissement/moulage) et le procédé de la présente invention peut ainsi en principe être appliqué à n'importe quel produit PSE disponible sur le marché. Ses propriétés de résistance mécanique sont peu changées par rapport au PSE de départ car l'agent ignifuge est absent des interfaces où les billes expansées adhérent les unes aux autres. La présente invention a donc pour objet une mousse de polystyrène expansé (PSE) ignifugée formée de billes de polystyrène expansé liées les unes aux autres, les billes présentant, d'une part, une porosité intragranulaire fermée et définissant, d'autre part, des espaces inter-granulaires qui constituent une porosité ouverte, ladite mousse de PSE étant caractérisée par le fait qu'elle comporte, dans les espaces intergranulaires, une composition ignifuge comprenant du poly(alcool vinylique) (PVOH) et des nanoparticules d'un agent ignifuge minéral choisi dans le groupe constitué de monohydroxyde d'aluminium (AIOOH), de trihydroxyde d'aluminium (Al(OH)3) et d'un mélange de ceux-ci. On entend par nanoparticule au sens de la présente invention une particule ayant un diamètre équivalent inférieur à 950 nm, le diamètre équivalent correspondant au diamètre de la sphère équivalente, c'est-à-dire de la sphère ayant le même comportement en analyse granulométrique par diffusion laser que la nanoparticule.

De préférence, l'agent ignifuge minéral comprend du monohydroxyde d'aluminium, en particulier sous forme de boehmite. Bien que les nanoparticules puissent en principe avoir des formes variées, par exemple allongée ou aplatie, on utilisera de préférence des nanoparticules ayant un facteur de forme - défini comme le rapport L/I entre la plus grande dimension L et la plus grande dimension I dans un plan perpendiculaire à L - inférieur ou égal à 2, de préférence proche de 1. Le PSE utilisable dans la présente invention peut être n'importe quelle mousse de PSE usuelle, disponible sur le marché, pourvu qu'elle présente une porosité ouverte, c'est-à-dire un espace intergranulaire continu. La masse volumique de la mousse de PSE, avant imprégnation, est typiquement comprise entre 10 et 25 kg/m3, de préférence entre 12 et 20 kg/m3, en particulier entre 14 et 18 kg/m3. Il est possible d'ajuster la porosité ouverte d'une mousse de polystyrène de manière connue en modifiant les conditions de moulage (par exemple la pression de moulage). Plus la pression de moulage sera faible, plus l'espace intergranulaire sera important et plus la résistance mécanique de la mousse sera faible. Après imprégnation et séchage, l'espace intergranulaire est largement rempli de la composition ignifuge (monohydroxyde d'aluminium et/ou trihydroxyde d'aluminium + PVOH) et la masse volumique de la mousse imprégnée est donc supérieure à celle du PSE de départ, d'un facteur 1,1 à 3,0 environ, de préférence d'un facteur 1,1 à 2,0. La masse volumique du PSE ignifugé est par conséquent comprise entre 11 et 75 kg/m3, elle est de préférence inférieure à 60 kg/m3 et en particulier inférieure à 55 kg/m3. Dans un mode de réalisation de la présente invention, la composition ignifuge est présente non seulement au coeur de la mousse, mais également sous forme d'un revêtement à la surface de la mousse. La présence et l'épaisseur de ce revêtement superficiel dépendent bien entendu du procédé 30 de préparation décrit plus en détail ci-après. Il est possible de limiter l'épaisseur dudit revêtement en raclant, en rinçant ou en essuyant la composition d'imprégnation après chaque étape d'imprégnation ou avant l'étape de séchage final. On peut également éliminer ce revêtement de surface par des moyens mécaniques après séchage, par exemple en découpant une mince couche de surface du PSE imprimé et séché. Lorsqu'il est présent, le revêtement à la surface de la mousse a avantageusement une épaisseur supérieure à 10 i..tm, de préférence supérieure à 20 lm et inférieure à 100 i..tm, de préférence inférieure à 90 i..tm, en particulier inférieure à 80 iim. Le procédé d'imprégnation de la présente invention permet d'introduire des quantités importantes d'agent minéral ignifuge au coeur d'une mousse de PSE. La teneur totale (Tt) en composition ignifuge (agent ignifuge minéral + PVOH) de la mousse imprégnée après séchage est généralement supérieure à 10% en poids, de préférence supérieure à 20 (3/0 en poids, en particulier supérieure à 25 % en poids, et inférieure à 70 % en poids, de préférence inférieure à 60 % en poids, et en particulier inférieure à 50 % en poids, rapportée au poids total de la mousse de PSE ignifugée.

La composition ignifuge est de préférence essentiellement constituée d'agent ignifuge minéral et de PVOH ; autrement dit elle ne contient de préférence pas d'autres ingrédients que du PVOH et du monohydroxyde d'aluminium, du trihydroxyde d'aluminium ou un mélange de ceux-ci. Le rapport en poids agent minéral / PVOH est de préférence compris entre 8/2 et 6/4, en particulier entre 7/3 et 5/5. Bien que l'utilisation de monohydroxyde d'aluminium et/ou de trihydroxyde d'aluminium comme seul agent ignifuge minéral constitue un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est envisageable qu'une assez faible fraction du monohydroxyde d'aluminium et/ou du trihydroxyde d'aluminium soit remplacée par un autre agent ignifuge minéral choisi parmi les retardateurs de flamme à décomposition endothermique. On peut citer à titre d'exemples de tels autres agents ignifuges l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)2 et l'hydroxycarbonate de magnésium (notamment l'hydromagnésite Mg2(CO3)4(OH)2.4H20). Cette fraction remplacée ne dépasse toutefois généralement pas 20 % en poids. Lorsque le revêtement ignifuge à la surface de la mousse est relativement épais, les teneurs totales en composition ignifuge, indiquées ci-dessus, ne renseignent pas convenablement sur la présence de l'agent ignifuge au coeur de la mousse.

La teneur en composition ignifuge, présente dans les espaces intergranulaires de la mousse ignifugée, peut être déterminée après élimination de la couche superficielle par mesure de la masse volumique de la mousse débarrassée du revêtement externe. Cette teneur (Ti) en composition ignifuge dans les espaces intergranulaire se calcule de la manière suivante Ti = (MVimprégnée- MVPSEseue MVimprégnée OÙ MVimprégnée est la masse volumique de la mousse imprégnée débarrassée du revêtement externe de composition ignifugeante et MVPSEseul est la masse volumique de la mousse de PSE de départ. Cette teneur (Ti) est avantageusement supérieure à 10 % en poids, de préférence à 15 % en poids, en particulier à 20 % en poids et inférieure à 70% en poids, voire 60 % en poids, idéalement à 50 % en poids.

La taille des particules d'agent ignifuge minéral est un facteur déterminant pour la réussite de l'étape d'imprégnation du PSE. Les particules doivent être des nanoparticules, c'est-à-dire avoir un diamètre équivalent inférieur à 950 nm. Avantageusement au moins 95 % des nanoparticules d'agent ignifuge minéral ont un diamètre équivalent inférieur à 750 nm, voire inférieur à 500 nm, en particulier inférieur à 400 nm et idéalement inférieur à 300 nm. Le diamètre équivalent est avantageusement supérieur à 20 nm, voire supérieur à 50 nm, voire supérieur à 60 nm, en particulier supérieur à 80 nm. Le diamètre équivalent est déterminé par granulométrie laser (DLS, dynamic light scattering) sur un appareil PARTI CA LA-950 commercialisé par la société Horiba, les poudres étant analysées dans l'eau sans utilisation d'ultra-sons. Comme expliqué en introduction, l'introduction d'une composition ignifuge telle que décrite ci-dessus dans les espaces intergranulaires d'une mousse de PSE est possible grâce à une composition aqueuse d'imprégnation particulière. Cette composition aqueuse d'imprégnation est une composition colloïdale et comprend, dans un milieu aqueux, de préférence de l'eau déminéralisée, du poly(alcool vinylique) et des nanoparticules d'un agent ignifuge minéral choisi dans le groupe constitué de monohydroxyde d'aluminium , de trihydroxyde d'aluminium et d'un mélange de ceux-ci. Pour pouvoir pénétrer dans l'espace intergranulaire du PSE, la composition d'imprégnation doit être assez fluide. Sa viscosité Brookfield, déterminée à l'aide d'un rhéomètre à contrainte imposée (type AR-2000 de TA Intrument) utilisant une géométrie cône - plan sous une contrainte de 10 Pa à température ambiante (25°C), est avantageusement inférieure à 10 Pa.s, de préférence inférieure à 5 Pa.s, en particulier inférieure à 3 Pa.s. Pour obtenir une telle viscosité, l'agent ignifuge minéral se présente avantageusement sous forme d'une solution colloïdale de boehmite. La composition aqueuse d'imprégnation a un caractère thixotrope prononcé. Lorsqu'on la laisse reposer pendant un temps prolongé, elle forme un gel physique par établissement de liaisons hydrogène entre les groupes hydroxyle du PVOH et les groupes hydroxyle à la surface de l'agent ignifuge.

Avant chaque étape d'imprégnation, il est indispensable de soumettre la composition d'imprégnation à une contrainte de cisaillement pour la fluidifier. Lorsqu'on met le monohydroxyde et/ou trihydroxyde d'aluminium en suspension dans de l'eau déminéralisée, ils confèrent naturellement à la suspension colloïdale un pH faiblement acide. La composition aqueuse d'imprégnation a typiquement un pH compris entre 2 et 6, de préférence entre 3 et 5. On prépare de préférence la composition aqueuse d'imprégnation en dissolvant au préalable le poly(alcool vinylique) dans de l'eau déminéralisée, sous agitation et chauffage. On ajoute ensuite à la solution de PVOH, la poudre d'agent ignifuge qui a été éventuellement mise en suspension préalablement dans de l'eau déminéralisée. La composition aqueuse d'imprégnation contient avantageusement de 5 % à 40 % en poids, de préférence de 6 % à 30 % en poids, en particulier de 7 % à 20 % en poids et idéalement de 8 % à 15 % en poids de nanoparticules d'agent ignifuge minéral, et de 2 % à 30 % en poids, de préférence de 3 % à 20 % en poids, en particulier de 4 % à 15 % en poids et idéalement de 5 % à 10 % en poids de poly(alcool vinylique). Le poly(alcool vinylique), préparé par hydrolyse du poly(acétate de vinyle), présente typiquement un taux d'hydrolyse d'au moins 75 %, de préférence d'au moins 85%, autrement dit au plus 25 %, de préférence au plus 15 % des motifs formant le polymère sont encore sous forme d'acétate. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication de la mousse de polystyrène expansé ignifugée par la combinaison de PVOH et d'un agent ignifuge minéral à décomposition endothermique, constitué de monohydroxyde d'aluminium, de trihydroxyde d'aluminium ou d'un mélange de ceux-ci. Ce procédé comporte au moins deux étapes, à savoir la mise en contact de la surface d'une mousse de PSE formée de billes de polystyrène expansé liées les unes aux autres, les billes présentant, d'une part, une porosité intra-granulaire fermée et définissant, d'autre part, des espaces inter-granulaires qui constituent une porosité au moins partiellement ouverte, avec une composition aqueuse d'imprégnation telle que décrite ci-dessus, de manière à faire pénétrer la composition aqueuse d'imprégnation dans les espaces inter-granulaires, puis le séchage de la mousse imprégnée. La mise en contact de la surface de la mousse avec la composition d'imprégnation peut se faire de différentes manières décrites ci-dessous et le procédé n'est pas particulièrement limité à l'une ou l'autre d'entre elles.

Il est possible d'immerger simplement la pièce de mousse dans la composition aqueuse d'imprégnation. Cette immersion peut être partielle ou complète. La composition d'imprégnation peut éventuellement présenter une température supérieure à la température ambiante, afin d'abaisser sa viscosité et favoriser la pénétration.

La mise en contact pourrait également se faire par dépôt d'une couche de composition d'imprégnation à la surface de la mousse, par exemple par pulvérisation, à l'aide d'un rouleau ou en faisant passer la mousse sous un rideau de composition d'imprégnation. Dans la perspective d'une fabrication à l'échelle industrielle, le temps nécessaire pour obtenir l'imprégnation de la mousse en profondeur sera de préférence le plus court possible. On pourra envisager d'accélérer la pénétration en soumettant le liquide d'imprégnation à une force dont le vecteur est dirigé vers l'intérieur de la mousse. On peut ainsi appliquer la composition sous pression, ou bien établir une pression réduite d'un côté du bloc ou de la plaque de mousse de manière à exercer une force d'aspiration à travers le réseau de canaux intergranulaires. Enfin, encore une autre possibilité pourrait consister à établir une pression sous-atmosphérique dans l'espace inter-granulaire avant la mise en contact avec la composition d'imprégnation, par exemple par immersion. Il est également envisageable d'accélérer la pénétration grâce des ultrasons. La durée de la phase d'imprégnation peut aller de quelques minutes à plusieurs heures. Elle est généralement comprise entre 5 minutes et 1 heure. Il peut, dans certain cas, être utile d'effectuer plusieurs étapes d'imprégnation. Chaque étape d'imprégnation peut alors être suivie d'une étape d'égouttage, de mise en rotation, d'essuyage, de rinçage, de raclage, d'aspiration ou de séchage. Ces différentes étapes intermédiaires peuvent avoir pour fonction d'éliminer ou d'égaliser la couche de composition déposée à la surface de la mousse.

Le séchage de la mousse de PSE imprégnée peut se faire à température ambiante ou avec chauffage, à pression atmosphérique ou sub-atmosphérique. La durée de séchage dépend bien entendu des conditions de séchage et des dimensions de la pièce à sécher et est généralement comprise entre 30 minutes et plusieurs jours, en particulier entre 1 heures et 50 heures. Exemple Pour évaluer l'efficacité de l'ignifugation du PSE par imprégnation avec une suspension colloïdale d'un agent ignifuge minéral (boehmite) dans une solution aqueuse de poly(alcool vinylique) (PVOH), on utilise des échantillons de mousse PSE de 250 mm x 90 mm x 50 mm. Ces échantillons ont une masse volumique de 14 kg/m3. On prépare une solution aqueuse de PVOH en dissolvant, à une température de 80 °C et sous agitation, du PVOH (Erkol 26/88 commercialisé par la société Erkol SA, Espagne) dans de l'eau déminéralisée. Ce PVOH présente un taux d'hydrolyse de 87 à 89 % en moles et une masse volumique de 1,27 à 1,31 g/cm3. On mélange ensuite à température ambiante 60 parties de cette solution contenant 12 % en poids de PVOH avec 40 parties d'une suspension colloïdale contenant 33 % en poids de boehmite nanométrique dans de l'eau déminéralisée. Les particules de boehmite présentent un facteur de forme de l'ordre de 1. Elles ont essentiellement toutes un diamètre équivalent inférieur à 500 nm, avec une proportion importante de particules ayant un diamètre équivalent inférieure à 200 nm.

La suspension colloïdale présente un pH d'environ 3,5. La composition d'imprégnation ainsi obtenue contient 7,2 % en poids de PVOH, 13,2 % en poids de boehmite nanométrique et 79,6 % d'eau. Son pH est naturellement compris entre 3 et 5 sans qu'il soit nécessaire d'ajouter de l'acide.

La viscosité Brookfield (viscosité à contrainte imposée, déterminée à 25 °C) est de 2,2 Pa.s. Les échantillons sont immergés complètement dans cette composition liquide d'imprégnation pendant une certaine durée, puis sont soumis à une étape de mise en rotation destinée principalement à égaliser la couche de composition déposée à la surface de la mousse. La combinaison de ces deux opérations (imprégnation/mise en rotation) est éventuellement répétée un certain nombre de fois, en prenant soin d'agiter la composition liquide d'imprégnation avant chaque nouvelle immersion de l'échantillon. Après la dernière étape de mise en rotation, la mousse imprégnée est 20 séchée pendant 48 heures à 40 °C. On constate la présence d'un revêtement externe de composition ignifuge (boehmite/PVOH) à la surface de la mousse. Chaque essai est réalisé en double. L'un des deux échantillons est utilisé pour un essai au feu selon NF EN ISO 11925-2, directement après 25 l'étape de séchage, c'est-à-dire avec le revêtement présent à la surface de la mousse. L'autre échantillon est utilisé pour évaluer l'imprégnation en profondeur de la mousse par la composition ignifuge et l'effet de cette imprégnation au coeur de la mousse. Pour cela, on découpe une couche superficielle de 5 mm de chaque échantillon de manière à éliminer le dépôt 30 de boehmite/PVOH à la surface de la mousse. La masse volumique de l'échantillon ainsi obtenu permet de calculer le pourcentage de boehmite/PVOH dans la mousse finale débarrassée du revêtement externe. Ti (%) = MVim prégnée- MVPSEseue MVim prégnée où MVimprégnée est la masse volumique de la mousse imprégnée débarrassée du revêtement externe de composition ignifugeante et MVPSEseul est la masse volumique de la mousse de PSE de départ Le tableau ci-dessous montre - le nombre d'opérations d'imprégnation/mise en rotation, - la durée de chaque opération d'imprégnation, - le pourcentage en poids total (Tt) de boehmite/PVOH dans l'échantillon (= augmentation du poids de l'échantillon rapporté au poids final de celui- ci) - l'épaisseur (E) du revêtement externe boehmite/PVOH formé à la surface de chaque échantillon, observé par MEB, - le pourcentage en poids (Ti) de boehmite/PVOH au coeur de la mousse déterminé après élimination du revêtement externe (pourcentage rapporté au poids total résine+ boehmite+ PVOH), et - la classe de résistance au feu de la mousse avec et sans revêtement interne ; selon NF EN ISO 11925-2 / Partie 2 : essai à l'aide d'une source à flamme unique ; le temps d'application de la flamme sur l'arrête de l'échantillon : 15 secondes ; la décision 2000/147/CE du 8 février 2000 contribue à l'attribution d' une classe de performance (A à F) et permet de déterminer le classement E ou F en mesurant la propagation de la flamme (20s) en utilisant la norme NF EN ISO 11925-2. Ech. Cycles Durée Tt E Ti Classe de résistance au d'impré- d'impré- feu selon 2000/147/CE gnation gnation Avec Sans revêtement revêtement externe externe 1 4 5 min 46 % 54 pm 32 % E E 2 6 5 min 58 % 73 pm 39 % E E 3 1 18h 56% 42 pm 43% E E 4 1 18h 49% 39 pm 22% E - Ces résultats sont à comparer à un échantillon de mousse de PSE de 16 kg/m3 contenant du HBCD pour lequel on détermine, dans les mêmes conditions de mesure, une classe de résistance au feu E (essai réalisé en double) et avec un échantillon de mousse de PSE de 16 kg/m3 ne contenant aucun additif pour lequel on détermine, dans les mêmes conditions de mesure, une classe de résistance au feu F (essai réalisé en double), l'échantillon étant intégralement détruit par l'essai. On constate que cette méthode d'imprégnation permet de fixer des quantités importantes de composition ignifuge (boehmite/PVOH) sur et dans la mousse de PSE. Bien qu'une importante fraction de cette composition ignifuge se retrouve à la surface de la mousse sous forme d'un revêtement ayant une épaisseur de quelques dizaines de i..tm, une fraction tout aussi importante de la composition ignifuge est logée en profondeur dans la mousse. Tous les échantillons préparés, que ce soit avec ou sans revêtement externe, présentent une résistance au feu équivalente à celle d'un échantillon de mousse équivalent contenant du HBCD.

Les figures 1 et 2 montrent la trace de la flamme laissée par l'essai de propagation de la flamme à la surface respectivement de l'échantillon 4 et de la mousse comparative contenant du HBCD. Le trait noir sur la gauche du cliché correspond à une propagation de flamme de 150 mm et marque la limite entre les classes E et F. Bien que les deux échantillons soient classés E, on peut constater que l'échantillon 4 selon l'invention a mieux conservé son intégrité que l'échantillon comparatif : la propagation de la flamme est visible par des traces noires correspondant à une couche protectrice résultant de la carbonisation des espèces organiques (dont PVOH) en présence de l'agent ignifuge minéral.

La figure 3 est un cliché de MEB d'une zone proche de la surface de l'échantillon 4. On y voit, partiellement, trois billes expansées liées ensemble, le revêtement externe de composition ignifuge (sur la gauche du cliché) et également deux sections de l'espace intergranulaire, à peu près à mi-hauteur du cliché. L'analyse qualitative de spectrométrie dispersive en énergie (EDS, energy dispersive spectrometry) permet de mettre en évidence la présence d'aluminium au niveau du revêtement externe et des deux espaces intergranulaires, mais non pas à deux points choisis à l'intérieur des billes expansés. La composition ignifuge de boehmite/PVOH reste donc confinée dans l'espace intergranulaire et ne pénètre pas au coeur des billes dont la porosité fermée est conservée.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Mousse de polystyrène expansé (PSE) ignifugée formée de billes de polystyrène expansé liées les unes aux autres, les billes présentant, d'une part, une porosité intra-granulaire fermée et définissant, d'autre part, des espaces inter-granulaires qui constituent une porosité ouverte, ladite mousse de PSE étant caractérisée par le fait qu'elle comporte dans les espaces intergranulaires une composition ignifuge comprenant du poly(alcool vinylique) (PVOH) et des nanoparticules d'un agent ignifuge minéral choisi dans le groupe constitué de monohydroxyde d'aluminium (AIOOH), de trihydroxyde d'aluminium (Al(OH)3) et d'un mélange de ceux-ci.
2. 2. Mousse de PSE ignifugée selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent ignifuge minéral comprend du monohydroxyde d'aluminium, de préférence de la boehmite.
3. 3. Mousse de PSE ignifugée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la composition ignifuge est présente également sous forme d'un revêtement à la surface de la mousse, ledit revêtement ayant avantageusement une épaisseur supérieure à 10 i..tm et inférieure à 100 i..tm, de préférence inférieure à 90 i..tm, en particulier inférieure à 80 i..tm.
4. 4. Mousse de PSE ignifugée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'au moins 95 % des nanoparticules d'agent ignifuge minéral ont un diamètre équivalent supérieur à 20 nm, de préférence supérieur à 50 nm, en particulier supérieur à 60 nm, en particulier supérieur à 80 nm, et inférieur à 750 nm, de préférence inférieur à 500 nm, en particulier inférieur à 400 nm et idéalement inférieur à 300 nm.
5. 5. Mousse de PSE ignifugée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'elle présente une teneur en composition ignifuge supérieure à 10% en poids, de préférence supérieure à 20 % en poids, en particulier supérieure à 25 % en poids, et inférieure à 70 % en poids, de préférence inférieure à 60 % en poids, et en particulier inférieure à 50 (3/0 en poids, rapportée au poids total de la mousse de PSE ignifugée.
6. 6. Mousse de PSE ignifugée selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que sa teneur en composition ignifuge,présente dans les espaces intergranulaires, est supérieure à 10 % en poids, de préférence supérieure à 15 % en poids, en particulier supérieure à 20 % en poids et inférieure à 70% en poids, de préférence inférieure à 60 % en poids, en particulier inférieure à 50 % en poids, rapportée au poids de la mousse débarrassée du revêtement externe de composition ignifugeante.
7. 7. Procédé de fabrication d'une mousse de PSE ignifugée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes : (a) mise en contact de la surface d'une mousse de PSE formée de billes de polystyrène expansé liées les unes aux autres, les billes présentant, d'une part, une porosité intra-granulaire fermée et définissant, d'autre part, des espaces inter-granulaires qui constituent une porosité au moins partiellement ouverte, avec une composition aqueuse d'imprégnation comprenant, dans un milieu aqueux, du poly(alcool vinylique) et des nanoparticules d'un agent ignifuge minéral choisi dans le groupe constitué de monohydroxyde d'aluminium, de trihydroxyde d'aluminium et d'un mélange de ceux-ci, de manière à faire pénétrer la composition aqueuse d'imprégnation dans les espaces inter-granulaires, et (b) le séchage de la mousse imprégnée.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la mousse de PSE présente, avant imprégnation, une masse volumique comprise entre 10 et 25 kg/m3, de préférence entre 12 et 20 kg/m3, en particulier entre 14 et 18 kg/m3.
9. 9. Procédé selon les revendications 7 ou 8, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs étapes d'imprégnation (a), chaque étape d'imprégnation étant suivie de préférence d'une étape d'égouttage, de mise en rotation, d'essuyage, de rinçage, de raclage, d'aspiration ou de séchage.
10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé par le fait que la composition aqueuse d'imprégnation a une viscosité inférieure à 10 Pa.s, de préférence inférieure à 5 Pa.s, en particulier inférieure à 3 Pa.s.
11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que la solution aqueuse d'imprégnation a un pH compris entre 2 et 6, de préférence entre 3 et 5.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé par le fait que la solution aqueuse d'imprégnation contient de 5 °h à 40 % en poids, de préférence de 6 % à 30 % en poids, en particulier de 7 à 20 % en poids et idéalement de 8 % à 15 % en poids de nanoparticules d'agent ignifuge minéral.
13. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé par le fait que la solution aqueuse d'imprégnation contient de 2 à 30 % en poids, de préférence de 3 % à 20 % en poids, en particulier de 4 à 15 %0 en poids et idéalement de 5 % à 10 % en poids de poly(alcool io vinylique).