Brevet FR2396041A1 — publié le 19790126

La présente invention se rapporte à la fabrication de pièces de forme ignifugées en mousse de polystyrene par suite de sa mineralisation par de lthydroxyde d'aluminium, en particulier celle de feuilles extrudées en mousse de polystyrène fortement chargé en hydroxyde d'aluminium. Les feuilles extrudées en mousse de polystyrène sont connues. Elles se caractérisent notamment par le fait qu'en plus de leur faible densité, elles présentent une bonne stabilité de forme et des propriétés exceptionnelles d'isolation thermique. Elles sont notamment utilisées dans le secteur du conditionnement, par exemple bottes pour l'emballage des oeufs, des ampoules, des bouteilles et des objets fragiles. Elles sont également très utilises dans les magasins Self-service et les Supermarchés : - pour l'emballage des produits alimentaires, tels que poisson, viande, légumes. - sous forme de plateaux ou de vaisselle jetable pour les repas, boissons*.. Llinconvénient des feuilles en mousse de polystyrène connues actuellement est de présenter - soit un manque total de tenue au feu, si elles sont constituées uniquement de polystyrène, - soit si elles sont ignifuge'es, d'être incompatibles en tant qutemballage alimentaire par suite de t'utilisation d'agents ignifugeants tels que des dérives halogénés et du trioxyde d'antimoine. L t objet de la présente invention est donc de diminuer l'inflammabilité des objets en mousse de polystyrène, en particulier des feuilles en mousses de polystyrène, de façon que leur tendance à propager une flamme ou le feu, soit nettement moindre qutavec les objets en mousse de polystyrène pur se trouvant jus qutà pressent sur le marché tout en les conservant compatibles pour l'emballage et le conditionnement des produits alimentaires et en assurant aux mousses de polystyrène ainsi obtenues, une densité apparente equivalente ou plus faible que celle des mousses de polystyrène habituelles. Il a ainsi ete trouve' que la fabrication par extrusion de pièces de forme comme plaques, feuilles, profilés, fortement minéralise de l'hydroxyde dtaluminium auquel se trouve ajoute un lubrifiant minéral conduisait à l'obtention d'une mousse de polystyrène d'inflammabilité nettement réduite et d'une porosité particulièrement fine. La quantite en poids d'hydroxyde d'aluminium est de 20 à 50% et en particulier de 25 à 35% par rapport au poids total du mélange. A quantité égale, par rapport à d'autres charges minérales, l'hydroxyde d'aluminium conduit à des mousses présentant des densités apparentes plus faibles sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des agents porogènes : tels que bicarbonate de sodium, acide citrique... En tant qu'hydroxyde d'aluminium, s'entendent toutes les formes d'alumine hydratée, répondant à la formule chimique Al (OR > 3 ou Al2 03 3H20, qu'il soit d'origine naturelle (gibbsite, boehmite, diaspore...) ou synthétiques par exemple obtenu par le procédé BAYER. La dimension des cristallites d'hydroxyde d'aluminium est le plus souvent comprise entre 5 et 100 microns, la coupure granulométrique entre 10 et 55 microns s'est revélée toutefois la plus intéressante pour le procédé selon l'invention. Comme l'hy- droxyde d'aluminium doit se trouver très bien réparti dans la mousse de polystèrène, il a été trouvé que le lubrifiant minéral en facilite et en améliore sa répartition dans le melange tout en diminuant très nettement la friction dans les appareils, malaxeurs et/ou extrudeuses, servant habituellement à la fabrication de plaques et/ou feuilles en mousse de polystyrène. Le lubrifiant minéral est ajouté à raison de 3 à 10% en poids par rapport au poids total du mélange. Comme lubrifiant minéral, le talc zest trouvé bien adapte à ce procédé, mais d'autres mineraux peuvent être également utilisés tels que du graphite, de la pyrophyllite, de la molybdénite. Des lubrifiants organiques, par exemple le Tri-iso-stearine- iso-propyltitanate* (ci-après TIT) ne paraissent guère appropriés pour ce procédé. Ils facilitent egalement bien l'extrusion de la mousse, mais ne diminueguère son inflammabilité. Il a été constaté égaiement que sans ajout d'agent lubrifiant, l'hydroxyde d'aluminium apporte des caractéristiques satisfaisantes de tenue au feu et à la flamme mais ne conduit guère à une tenue mécanique correcte de la mousse : lors de l'expansion, à l'issue de ltex- trusion, la mousse se fissure. L'exemple suivant montre les avantages de la présente invention : Dans un mélangeur on introduit 12,5 kg d'hydroxyde d'aluminium, 2,5 kg de talc et 50 kg de polystyrène expansible sous forme de granulés. Après un melange intense de ces trois constituants, le produit composite est introduit dans le cône d'alimentation d'une extrudeuse à double vis de diamètre 77 mm dont les différents corps de chauffe sont maintenus entre 125 et 130 C. Ltextrudeuse est équipée d'une filière à bande 4 X 108 mm permettant ltobtension de bandes en mousse de polystyrène de 200 mm de largeur et de 10 mm d'épaisseur, mises en forme et étirées selon les moyens habituels. Pour les autres essais mentionnes sur le tableau I, il a été opéré de la même façon* à la fois pour le mélange des matières premières et pour l'extrusion des bandes. La densité de la bande extrudée est indiquée sur le tableau I. Ces bandes extrudées ont été également expansées de façon complémentaire par traitement à la vapeur d'eau à 90 C. Les résultats en découlant (Tableau II) ne dépendent pas de ltexpansion mais des caracteristiques de la bande extrudée. Sur le tableau I, on s'aperçoit que la densite avant et après expansion est fonction de la quantité et de la manière dont ont e été ajoutées la matière de charge minérale et l'agent lubrifiant. Les pourcentages donnés dans le tableau I se rapporte aux quantités en poids relatives à chaque mélange. Il ressort ainsi de ce tableau : - que les échantillons qui contiennent 25% d'hydroxyde d'alumi- nium seul ou en mélange avec du talc, présentent les densites les plus faibles, - que le remplacement du talc par un agent lubrifiant organique tel que du TIT, ne change guère la densité de la bande extrudées - qu'à densités équivalentes des bandes extrudées, lesrayon des pores de la mousse sont plus petits avec le mélange hydroxyde dtaluminium + talc, caractéristique recherche pour conférer les meilleures propriétés mécaniques possibles (élastioité notamment) aux feuilles en mousse de polystyrène. Sur le tableau II, est indiquée la tenue au feu des echan tillons après expansion, mesurée selon la norme ASTM D 2863-70. D'après cette norme on mesure la concentration en oxygène d'un mélange oxygène-azote qui est nécessaire pour enflammer la matière plastique à contrôler. Comme il ressort de ces valeurs, l'ajout d'hydroxyde d'aluminium à la place d'autres charges miné- raIes, par exemple du kaolin, augmente notablement l'indice limite d'oxygène et ceci en fonction de l'accroissement de la quantité d'hydroxyde d'aluminium ajouté. Enfin, on a pu montrer que l'on peut combiner l'hydroxyde d'aluminium avec d'autres agents ignifugeants utilisés habituellement pour l'ignifugation des mousses de polystyrène tels que des dérivés chlorés etZou bromés et le trioxyde d'antimoine. Dans ce cas, les effets ignifugeants apports par les différents produits s'ajoutent. De plus, il est connu qu'à température ambiante ou élevée, les dérivés chlorés et/ou bromés conduisent à la formation d'acide chlorhydrique et/ou bromique, or ces acides naissants sont retenus par l'hydroxyde d'aluminium et neutralisés, si bien que les dérivés chlorés et/ou bromés sont stabilisés par l'ajout d'hydroxyde d'aluminium. En respectant les conditions opératoires données dans l'exemple, on a pu extruder sans problème par exemple un mélange constitué de 17,5% d'hydroxyde d'aluminium, 2,5 de trioxyde d'antimoine, 5% d'hexabromocyclododécane et 75% de polystyrène ex pansible. Tableau I Tableau II %Produits en poids du mélange Densité Indice limite ESSAIS Hydroxyde Triisostéa- extru- expansée Rayon des Polystyrène Kaolin Talc d'aluminium rine-isopro- dée (kg/m3) pores d'oxygène expansible pyl-titanate (kg/m3) en microns Témoin 100 - - - - - 24 - 18,6 1 75 25 - - - 97,3 19,5 350 18,8 2 75 - 25 - - 102,0 24,5 170 3 75 - - 25 - 95,3 18,5 450 22,1 4 70 - - 30 - 102,0 26 450 23,8 5 70 - 5 25 - 93,6 18,5 350 22,6 6 70 - 3 27 - - 22,5 - 23 7 70 - - 29 1 108,0 22,5 300 8 70 - 2,5 27 0,5 - - - 21,3 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pièces de forme en mousse de polystyrène, en particulier de feuilles extrudées, présentant une inflammabilité réduite, caractérisé par l'addition à la mousse de polystyrène de 20 à 50* en poids d'hydroxyde d'aluminium, en particulier de 25 à 350,0' en poids, et de 3 à 10% en poids d'un agent lubrifiant minéral 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé par l'emploi de talc comme agent lubrifiant et/ou de graphite ou de molybdénite. 3. Procédé de fabrication selon les revendications 1 et 2, caractérisé par l'addition complémentaire d'agents ignifugeants tels que des dérivés bromés et/ou halogénés, du trioxyde dtantimoiness dont les effets nocifs et toxiques sont annihilés ou fortement atténués par lthydroxyde aluminium représentant au moins 70% en poids des agents ignifugeants présents dans la pièce de forme en mousse de polystyrène.