Brevet FR2873300A1 — publié le 20060127

L'invention a trait à un matériau coupe-feu constitué par une mousse de polymère, notamment une mousse de polyuréthane, contenant des moyens retardateurs de flamme. Cette invention concerne, encore, une composition chimique destinée, après expansion et séchage, à former un tel matériau coupe-feu ainsi qu'une utilisation de ce dernier. Cette invention concerne le domaine des matériaux conçus aptes à présenter des propriétés de tenue au feu, plus particulièrement, des propriétés, d'une part, de résistance au feu et, d'autre part, de réaction au feu (aptitude d'un tel produit à participer à un incendie). L'on connaît, d'ores et déjà, des produits de ce type et qui se présentent sous la forme d'une mousse dite coupe-feu , plus particulièrement élaborée à base d'une mousse polyuréthane. A ce propos, il convient d'observer qu'une mousse polyuréthane vierge présente, cependant, l'inconvénient de dégager des gouttes enflammées en cas d'incendie. Afin de remédier à cet inconvénient, il est connu d'ajouter à une telle mousse polyuréthane des agents retardateurs de flamme, usuellement élaborés à base de composés halogénés. A ce propos, on observera qu'il est particulièrement difficile d'élaborer une mousse, contenant de tels composés halogénés, et qui présente une réaction au feu ainsi qu'une résistance au feu satisfaisantes. De plus, l'emploi de tels composés halogénés pose des problèmes de pollution de l'environnement et se traduit, lors de la combustion de la mousse, par des rejets non contrôlés dans l'atmosphère, plus particulièrement, par un dégagement de grandes quantités de fumées denses et toxiques. On remarquera, en outre, qu'en cas d'emploi d'un composé halogéné à base de chlore, les fumées d'un tel agent retardateur se combinent avec l'eau projetée par les pompiers pour former de l'acide chlorhydrique, particulièrement corrosif et susceptible de mettre en péril ces pompiers. La présente invention se veut à même de remédier aux inconvénients des matériaux coupe-feu de l'état de la technique. A cet effet, l'invention concerne un matériau coupe-feu constitué par une mousse de polymère, notamment une mousse de polyuréthane, contenant des moyens retardateurs de flamme, caractérisé par le fait que les moyens retardateurs de flamme sont constitués par des moyens conçus pour former une couche charbonnée au niveau de la surface de la mousse, ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie, ces moyens pour former une couche charbonnée étant constitués par au moins un agent de charbonnement physique destiné à former, par lui-même et en l'absence de toute interaction avec un quelconque autre constituant du matériau coupefeu, une telle couche charbonnée. Une caractéristique additionnelle concerne le fait que les moyens pour former une couche charbonnée sont constitués par au moins un agent de charbonnement physique tel que susmentionné complété par au moins un agent de charbonnement réactif destiné à former, en réagissant avec le polymère de la mousse, une couche charbonnée à la surface du matériau, ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie. L'invention a, encore, trait à une composition chimique destinée, après expansion et séchage, à former un matériau coupe-feu tel que susmentionné et contenant les précurseurs de la mousse de polymère ainsi que les moyens retardateurs de flamme. Finalement, l'invention concerne l'utilisation d'un tel 25 matériau coupefeu pour le calfeutrement d'une ouverture pour la réception de conduits, gaines, câbles ou analogues. Les avantages de la présente invention consistent en ce que le matériau coupe-feu est conçu en sorte que, lorsqu'il est soumis à une élévation de température due à un incendie, il se forme une couche charbonnée protectrice au niveau de sa surface. Une telle couche charbonnée présente une bonne résistance mécanique et s'accompagne de la formation d'une croûte céramisée qui protège le matériau. Selon un autre avantage, le matériau coupe-feu est conçu apte à prendre la place de l'enveloppe de protection du ou des conducteurs en cuivre d'un câble électrique et/ou la place d'une gaine à l'intérieur de laquelle est disposé un tel câble, ceci en cas de fonte d'une telle enveloppe, d'un tel câble ou d'une telle gaine sous l'effet de la chaleur d'un incendie. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs. La présente invention concerne le domaine des matériaux conçus aptes à présenter des propriétés de tenue (résistance et 10 réaction) au feu. Ainsi, l'invention est relative à un matériau coupe-feu constitué par une mousse de polymère. Un mode préféré de réalisation de l'invention consiste en ce que cette mousse de polymère est une mousse de polyuréthane apte à former une mousse rigide, plus particulièrement une mousse de polyuréthane expansible, de préférence expansible à l'eau. En fait et de manière préférentielle, une telle mousse de polyuréthane est une mousse bi-composants et est réalisée à partir, d'une part, d'au moins un polyol (plus particulièrement un polyol polyéther) et, d'autre part, d'au moins un isocyanate (plus particulièrement un diisocyanate, notamment un diphénylméthane diisocyanate 4, 4, un ou plusieurs isomères de ce dernier ou homologue). De manière à assurer un rôle de coupe-feu, cette mousse de polymère contient des moyens retardateurs de flamme. Selon l'invention, de tels moyens retardateurs de flamme sont constitués par des moyens conçus pour former une couche charbonnée au niveau de la surface de la mousse, ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie. A ce propos, on observera que les moyens pour former une couche charbonnée sont constitués par au moins un agent de charbonnement de type physique. En fait, un tel agent de charbonnement est dit physique lorsqu'il forme, par lui-même et en l'absence de toute interaction avec un quelconque autre constituant du matériau coupe-feu (en particulier en l'absence d'interaction avec le polymère de la mousse), une couche charbonnée en surface du matériau, ceci pour une température (plus particulièrement une haute température) correspondant à celle d'un incendie. Un mode préféré de réalisation de l'invention consiste en ce que l'agent de charbonnement physique est constitué par au moins un composé chimique minéral adoptant une structure en feuillets et apte à s'exfolier avec la chaleur, plus particulièrement pour une température correspondant à celle d'un incendie. Un tel composé minéral en feuillets est, de préférence, de type expansible à haute température (plus particulièrement à la température d'un incendie). Ainsi et sous l'effet de la chaleur d'un incendie, un tel composé chimique minéral en feuillets s'exfolie, s'expanse et forme une couche charbonnée protectrice à la surface du matériau. Par le biais de cette expansion, ce composé chimique minéral est susceptible de prendre la place d'une enveloppe de protection d'un ou plusieurs conducteurs de cuivre d'un câble électrique et/ou la place d'une gaine à l'intérieur de laquelle est disposé un tel câble, ceci en cas de dégradation de ladite mousse ou de fonte d'une telle enveloppe, d'un tel câble ou d'une telle gaine sous l'effet de la chaleur d'un incendie. En fait, le composé chimique minéral en feuillets peut être constitué par de la vermiculite ou par du mica, plus particulièrement de type expansible. Cependant et selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un tel composé chimique minéral en feuillets est constitué par un composé à base de carbone, de préférence du graphite, plus particulièrement un graphite de type expansible, notamment d'épaisseur comprise entre 200 et 400 microns. Il convient d'observer que l'ajout d'un tel composé chimique minéral en feuillets (plus particulièrement le graphite expansible) à la composition chimique destinée à former le matériau coupe-feu, augmente la viscosité de cette composition qui passe de l'état liquide à l'état pâteux. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens pour former une couche charbonnée sont constitués par au moins un agent de charbonnement physique (tel que susmentionné, plus particulièrement du graphite, notamment expansible) complété par au moins un agent de charbonnement réactif. En fait, un tel agent de charbonnement est dit réactif lorsqu'il forme une couche charbonnée à la surface du matériau en réagissant avec le polymère de la mousse (plus particulièrement avec les atomes d'oxygène du polymère), ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie (plus particulièrement à haute température). A ce propos, on observera que l'agent de charbonnement réactif est défini par au moins un composé organo-phosphoré. Un tel composé organo-phosphoré peut être constitué par un composé phosphaté, comme un tri crésyl phosphate (TCP) ou analogue. Cependant, un tel composé organo-phosphoré peut, encore, être constitué par un composé polyphosphaté, comme un ammonium polyphosphate (APP) ou analogue. Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que les moyens pour former une couche charbonnée (agent de charbonnement physique et agent de charbonnement réactif) sont complétés par au moins un retardateur de flamme de type inorganique. A ce propos, on observera qu'un tel retardateur de flamme inorganique est constitué par une charge minérale, notamment un mélange de poudre de verre, un silicate de calcium, du talc ou analogue. Un tel retardateur de flamme inorganique peut, encore, être constitué par un composé dont la décomposition est de type endothermique, ceci sous l'effet d'une température correspondant à celle d'un incendie. Un tel composé à décomposition endothermique peut être 35 constitué par un oxyde métallique, plus particulièrement un borate de zinc, un oxyde d'aluminium, un oxyde de magnésium ou analogue. La présente invention concerne, encore, une composition chimique destinée, après expansion et séchage, à former un 5 matériau coupe-feu présentant les caractéristiques mentionnées ci-dessus. En fait, une telle composition chimique contient les précurseurs d'une mousse de polymère, notamment une mousse de polyuréthane. De tels précurseurs sont, comme mentionné ci- dessus, constitués par, d'une part, au moins un polyol du type susmentionné et, d'autre part, au moins un isocyanate du type susmentionné. Cette composition chimique contient, également, des moyens pour former une couche charbonnée et constitués par au moins un agent de charbonnement physique, notamment complété par au moins un agent de charbonnement réactif tel que susmentionnés. Ladite composition chimique peut, de plus, comporter au moins un retardateur de flamme de type inorganique tel que susmentionné. Selon une autre caractéristique de cette composition, celle-ci contient, encore, des agents destinés à en assurer son expansion. Dans un souci de protection de l'environnement, de tels agents sont choisis de manière à éviter les CFC ou leurs substituts et peuvent, alors, être constitués par de l'eau, du n-pentane ou autre. Cette composition chimique peut, en outre, contenir un agent de stabilisation de la mousse, plus particulièrement constitué par un dérivé de silicone, par exemple du poly siloxane polyether ou analogue. Un tel agent de stabilisation est utilisé, d'une part, pour conférer une stabilité aux bulles de la mousse et, d'autre part, pour réaliser un réseau homogène de bulles dans le matériau. De manière additionnelle, ladite composition chimique peut, encore, contenir un catalyseur (notamment du di butyle dilaurate 35 ou analogue). Un tel catalyseur permet, avantageusement, d'accélérer la formation du matériau coupe-feu après mélange de ses différents constituants, plus particulièrement lorsqu'un tel mélange est réalisé sur site. Il a été reporté, en annexe, des tableaux dans lesquels figurent un certain nombre de produits évoqués ci-dessus et susceptibles d'être incorporés dans la composition chimique susmentionnée, laquelle forme, après expansion et séchage, ledit matériau coupe-feu. On observera que ces produits sont donnés en pourcentage massique du produit correspondant dans la composition chimique finale. Plus particulièrement: - le tableau 1 correspond à des plages de valeurs de pourcentages massiques desdits produits; - le tableau 2 correspond à une formulation optimale de la composition chimique conforme à l'invention; - les tableaux 3 et 4 correspondent à des formulations de compositions chimiques correspondant à deux autres modes de réalisation de l'invention. Il convient d'observer qu'une telle composition chimique peut être conçue apte à être conditionnée, notamment sous vide d'air, dans un récipient, ceci avant d'en être extraite au moment de la réalisation du matériau coupe-feu. A ce propos, on remarquera que le matériau coupe-feu est réalisé à base d'une mousse polymère bi-composants de sorte que le récipient, destiné à contenir ladite composition chimique, comporte au moins deux compartiments distincts dont l'un est destiné à recevoir l'un de ces composants tandis que l'autre est destiné à recevoir l'autre composant. Ainsi, un premier compartiment de ce récipient contient le ou les isocyanates tandis qu'un second compartiment contient le ou les polyols ainsi que les additifs (agent de charbonnement physique, agent de charbonnement réactif, agent de stabilisation, agent d'expansion, retardateur de flamme inorganique...). 2873300 8 On observera que ces deux compartiments sont isolés l'un de l'autre et que leur contenu est mélangé uniquement lors de la réalisation du matériau coupe-feu. Aussi, lors de la réalisation de ce matériau, les composants de ladite composition chimique sont extraits hors des compartiments de ce récipient, notamment par écoulement ou (et de préférence) par injection. A cet effet, ledit récipient comporte un système d'extrusion apte à permettre l'extraction des composants d'une 10 telle composition chimique bi-composants. L'invention concerne, également, l'utilisation du matériau coupe-feu décrit ci-dessus, ceci pour le calfeutrement d'une ouverture ménagée au niveau d'un bâtiment. Une telle ouverture se présente sous la forme d'une saignée, d'un orifice débouchant ou traversant et est, plus particulièrement, destinée à la réception de conduits, de gaines, de câbles (notamment électriques) ou analogues. Pour une telle utilisation et selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la composition (contenue dans un récipient, notamment sous vide d'air) est injectée dans une telle ouverture dans laquelle ont, au préalable, été disposés lesdits conduits, gaines, câbles ou analogues. Cette composition va, alors, s'expanser et sécher pour former ledit matériau coupe-feu selon l'invention. Cependant et selon un autre mode de réalisation, le matériau coupe-feu selon l'invention peut être coulé dans un moule de manière à former (après expansion et séchage) un bloc, une brique ou analogue susceptible d'être découpé de manière à pouvoir être ajusté à la configuration de l'ouverture. L'invention concerne, alors, un procédé pour le calfeutrement d'une telle ouverture par un matériau coupe-feu du type susmentionné. Un tel procédé consiste, alors, soit à injecter dans cette ouverture une composition chimique du type susmentionné et destinée à former un matériau coupe-feu du type susmentionné (après expansion et séchage), soit à disposer dans une telle ouverture au moins un élément (brique, bloc ou analogue) constitué en un tel matériau coupe-feu. Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments sans pour cela s'éloigner du cadre et de l'esprit de l'invention. Tableau 1 Produit Pourcentage Polyol polyether 20-33 Diisocyanate 20-33 Graphite expansible 13-22 Tri crésyl phosphate TCP 2-11 Ammonium polyphosphate APP 0-8 Borate de zinc 4-10 Mélange de poudre de verre 0-10 Di butyle dilaurate 0.2-1.2 Poly siloxane polyether 1-8 Tableau 2 Produit Pourcentage Polyol polyether 27.2 Diisocyanate 27.2 Graphite expansible 17.5 Tri crésyl phosphate TCP 4.4 Ammonium polyphosphate APP 4. 4 Borate de zinc 6.6 Mélange de poudre de verre 6.6 Di butyle dilaurate 0. 9 Poly siloxane polyether 5.2 Tableau 3 Produit Pourcentage Polyol polyether 30.9 Diisocyanate 30.9 Graphite expansible 17.5 Tri crésyl phosphate TCP 8.8 Borate de zinc 8 Di butyle dilaurate 0.9 Poly siloxane polyether 3 Tableau 4 Produit Pourcentage Polyol polyether 28.75 Diisocyanate 28.75 Graphite expansible 15 Tri crésyl phosphate TCP 6 Ammonium polyphosphate APP 2.8 Borate de zinc 6.6 Mélange de poudre de verre 6.6 Di butyle dilaurate 0.5 Poly siloxane polyether 5 12 2873300 REVENDICATIONS 1) Matériau coupe-feu constitué par une mousse de polymère, notamment une mousse de polyuréthane, contenant des moyens retardateurs de flamme, caractérisé par le fait que les moyens retardateurs de flamme sont constitués par des moyens conçus pour former une couche charbonnée au niveau de la surface de la mousse, ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie, ces moyens pour former une couche charbonnée étant constitués par au moins un agent de charbonnement physique destiné à former, par lui-même et en l'absence de toute interaction avec un quelconque autre constituant du matériau coupe-feu, une telle couche charbonnée. 2) Matériau coupe-feu selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'agent de charbonnement physique est constitué par au moins un composé chimique minéral adoptant une structure en feuillets et apte à s'exfolier avec la chaleur d'un incendie, ce composé chimique minéral en feuillets étant, de préférence, de type expansible à haute température. 3) Matériau coupe-feu selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le composé chimique minéral en feuillets est constitué par de la vermiculite, par du mica ou analogue. 4) Matériau coupe-feu selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le composé chimique minéral en feuillets est constitué par un composé à base de carbone, par exemple du graphite, plus particulièrement un graphite de type expansible. 5) Matériau coupe-feu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens pour former une couche charbonnée sont constitués par au moins un agent de charbonnement physique complété par au moins un agent de charbonnement réactif destiné à former, en réagissant avec le polymère de la mousse, une couche charbonnée à la surface du matériau, ceci pour une température correspondant à celle d'un incendie. 6) Matériau coupe-feu selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'agent de charbonnement réactif est défini par au moins un composé organo-phosphoré, notamment constitué par un composé phosphaté comme un tri crésyl phosphate (TCP) ou analogue, ou constitué par un composé polyphosphaté, comme un ammonium polyphosphate (APP) ou analogue. 7) Matériau coupe-feu selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens pour former une couche charbonnée sont complétés par au moins un retardateur de flamme de type inorganique. 8) Matériau coupe-feu selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le retardateur de flamme inorganique est constitué, soit par une charge minérale, notamment un mélange de poudre de verre, un silicate de calcium, du talc ou analogue, soit par un composé dont la décomposition, sous l'effet d'une température correspondant à celle d'un incendie, est de type endothermique, notamment un oxyde métallique, par exemple un borate de zinc, un oxyde d'aluminium ou de magnésium. 9) Composition chimique destinée, après expansion et séchage, à former un matériau coupe-feu selon l'une quelconque des revendication précédentes et contenant les précurseurs de la mousse de polymère ainsi que les moyens retardateurs de flamme. 10) Utilisation du matériau coupe-feu selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour le calfeutrement d'une ouverture pour la réception de conduits, gaines, câbles ou analogues.