Composite polymère hybride à base de nanotalc pour tenue au feu améliorée – Hypopotaam

Les matériaux polymères, de part leur nature organique, sont relativement inflammables et représentent donc un risque potentiel en cas d’incendie. Afin d'améliorer les propriétés ignifuges de tels matériaux, des additifs retardateurs de flamme, et en particulier des charges minérales, peuvent être ajoutés à la matrice polymérique. Parmi les charges minérales existantes, les hydroxydes métalliques et les nanoparticules sont les plus étudiés. La première classe d’additifs est non toxique et relativement bon marché, mais pour être efficaces, ces additifs doivent être utilisés à des taux de charge relativement élevée (souvent supérieur à 60%) ce qui conduit à des problèmes de mise en oeuvre des matériaux et également à une modification importante des propriétés mécaniques du polymère. A l'inverse, les nanoparticules sont utilisées à des taux de charge relativement faibles (souvent inférieurs à 5%), mais les performances au feu obtenus ne sont pas satisfaisantes en vue d’une application industrielle, l’amélioration des propriétés feu des nanocomposites à matrice polymère vis-à-vis des tests normalisés étant souvent relativement faible. Dans ce cadre, l'objectif du projet HYPOPOTAAM est de développer des nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques présentant des propriétés de résistance à la flamme améliorée en se basant sur de nouveaux concepts. L’originalité des approches qui seront développées dans le cadre d’HYPOPOTAAM consiste dans un premier temps en l'utilisation de structure de type talc de formule chimique: Mg3(RSi)4O8(OH)2 (où R représente le groupement organique) en tant que charges minérales. Ces systèmes sont très différents des précédents rapportés dans la littérature (tels que par exemple des argiles ou des couches d'hydroxydes doubles) car dans le cas de TLH, les fractions organiques (qui donne la fonctionnalité à la charge minérale) sont liés de manière covalente aux feuillets. En outre, une grande variété de compositions peuvent être obtenues en considérant l'organoalcoxysilane utilisé comme source de silicium. Deuxièmement, un procédé innovant sera développé et consiste à générer et à fonctionnaliser les nano-charges directement dans le polymère. Cette approche très novatrice, également connue sous le nom d’extrusion réactive est basée sur la dispersion des précurseurs inorganiques et sur la création de la structure inorganique dans le polymère fondu par réactions de condensation (classiquement appelé Sol-gel de la chimie inorganique). En utilisant cette approche, nous devrions assurer une bonne dispersion des charges. En conclusion, il est attendu en choisissant judicieusement la composition des hybrides organiques de type talc et la méthodologie de mise en oeuvre du procédé d’extrusion de mettre au point un nouveau matériau composite présentant une morphologie adaptée permettant en cas d’incendie de promouvoir l'accumulation rapide des minéraux à la surface du matériau. Ces nouveaux matériaux devraient donc présenter des performances d'incendie plus élevées et permettre, entre autre, une application dans le domaine ferroviaire (composants électriques dans les wagons: contacteurs, commutateurs, connecteurs... ).