APP POLYPHOSPHATE D’AMMONIUM

Le Polyphosphate d’Ammonium, couramment abrégé APP, est un sel phosphate polymérique inorganique largement utilisé comme composant ignifuge sans halogène, donneur d’acide dans les systèmes intumescents, source de phosphore et d’azote dans les engrais, ainsi que comme additif fonctionnel dans les revêtements, polymères, adhésifs, mastics, bois, papier et applications textiles.

L’APP est constitué d’ions ammonium associés à des chaînes ou réseaux d’unités phosphate condensées, et son comportement commercial dépend fortement du degré de polymérisation, de la phase cristalline, de la taille des particules, de la solubilité dans l’eau, de la teneur en phosphore, de la teneur en azote ainsi que de tout traitement de surface ou de toute microencapsulation appliquée aux particules.

Le Polyphosphate d’Ammonium de Phase II à haut degré de polymérisation est particulièrement important dans la technologie moderne des retardateurs de flamme parce qu’il combine une teneur élevée en phosphore avec une faible solubilité dans l’eau, une faible volatilité et la capacité de générer des espèces d’acide phosphorique ou polyphosphorique qui favorisent la formation d’une couche carbonisée protectrice lors de l’exposition au feu.

IDENTITÉ CHIMIQUE

Nom chimique : Polyphosphate d’Ammonium
Nom chimique réglementaire : Acides polyphosphoriques, sels d’ammonium
Abréviation courante : APP
Numéro CAS : 68333-79-9
Numéro EC / EINECS : 269-789-9
Classe chimique : Phosphate d’ammonium inorganique condensé
Représentation générale de l’unité répétitive : [NH₄PO₃]n
Formule moléculaire : Variable ; l’APP est un phosphate polymérique plutôt qu’une espèce moléculaire unique et fixe
Poids moléculaire : Variable et dépendant de la longueur de chaîne / du degré de polymérisation
Forme physique : Normalement poudre blanche fluide pour les qualités ignifuges ; solution aqueuse pour certaines qualités fertilisantes
Caractère ionique : Sel inorganique de polyphosphate d’ammonium
Fonction ignifuge principale : Source d’acide et composant phosphore-azote dans les systèmes intumescents
Le Polyphosphate d’Ammonium ne doit pas recevoir un poids moléculaire exact unique. L’APP commercial contient des chaînes phosphate de longueurs différentes, et les groupes terminaux structuraux dépendent des conditions de synthèse et du degré de condensation.

La représentation simplifiée de l’unité répétitive [NH₄PO₃]n est utile pour expliquer la structure polymérique à longue chaîne, en particulier pour les qualités ignifuges à poids moléculaire élevé. Elle ne doit pas être interprétée comme la preuve que chaque particule commerciale d’APP est constituée d’une seule chaîne linéaire parfaitement uniforme.

Les bases de données réglementaires identifient donc le Numéro CAS 68333-79-9 comme acides polyphosphoriques, sels d’ammonium plutôt que de définir l’APP comme une seule petite molécule distincte.

SYNONYMES ET NOMS ALTERNATIFS

La terminologie courante et techniquement utile comprend :

Polyphosphate d’Ammonium
APP
Acides polyphosphoriques, sels d’ammonium
Sel d’ammonium de l’acide polyphosphorique
Sel ammonique de l’acide polyphosphorique
Polyphosphates d’ammonium
Polymère de métaphosphate d’ammonium
Phosphate d’ammonium polymérique
Phosphate d’ammonium condensé
Polyphosphate d’ammonium à longue chaîne
Polyphosphate d’ammonium à haut degré de polymérisation
Polyphosphate d’ammonium Phase I
APP Phase I
APP-I
Polyphosphate d’ammonium Phase II
APP Phase II
APP-II
Polyphosphate d’ammonium à chaîne élevée
Polyphosphate d’ammonium ignifuge
Polyphosphate d’ammonium de qualité intumescente
Polyphosphate d’ammonium micronisé
Polyphosphate d’ammonium revêtu
Polyphosphate d’ammonium microencapsulé

Les termes Phase I, Phase II, APP revêtu et APP microencapsulé n’identifient pas des matériaux totalement interchangeables. Ils décrivent différentes formes structurales ou commerciales appartenant à la même famille générale des polyphosphates d’ammonium.
De même, les noms commerciaux ne doivent pas automatiquement être considérés comme des synonymes chimiques, car différents produits commerciaux peuvent varier en taille de particules, chimie de revêtement, solubilité dans l’eau et degré de polymérisation.

QU’EST-CE QUE LE POLYPHOSPHATE D’AMMONIUM ?

Le Polyphosphate d’Ammonium est produit par condensation d’unités phosphate en chaînes étendues tandis que les ions ammonium assurent l’équilibre des charges.
L’orthophosphate contient des tétraèdres PO₄ isolés. Lorsque les unités phosphate se condensent, les tétraèdres phosphate voisins sont reliés par des liaisons P-O-P.
La condensation répétée crée des chaînes polyphosphate.
Une représentation simplifiée peut être écrite comme suit :
-Orthophosphate-P-O-P-O-P-O-
avec des ions ammonium associés aux groupes phosphate chargés négativement.
Cette structure polymérique distingue l’APP du Phosphate Monoammonique, MAP, et du Phosphate Diammonique, DAP.

Le MAP et le DAP contiennent principalement des ions orthophosphate et sont très solubles dans l’eau.
L’APP ignifuge à haut degré de polymérisation peut avoir un degré de polymérisation atteignant plusieurs centaines ou milliers d’unités et peut présenter une solubilité dans l’eau extrêmement faible.
La longueur de chaîne est l’une des propriétés les plus importantes parce qu’elle influence la stabilité hydrolytique, le comportement thermique, l’hygroscopicité et l’aptitude aux applications dans les polymères ou les revêtements.

L’APP N’EST PAS UN SEL UNIQUE À FAIBLE POIDS MOLÉCULAIRE

Le nom Polyphosphate d’Ammonium peut donner l’impression trompeuse que l’APP est un sel conventionnel comparable au chlorure d’ammonium ou au phosphate monoammonique.
La chimie est différente.
L’APP est un polymère inorganique.
Une particule commerciale peut contenir de longues chaînes phosphate avec différents groupes terminaux et différentes distributions de longueur de chaîne.
Pour cette raison, un poids moléculaire numérique provenant d’une courte structure de triphosphate d’ammonium ne doit pas être présenté comme le poids moléculaire de l’APP industriel à haut degré de polymérisation.
Des polyphosphates représentatifs à courte chaîne peuvent avoir des poids moléculaires de seulement quelques centaines de grammes par mole, tandis que les retardateurs de flamme APP à longue chaîne peuvent avoir des poids moléculaires effectifs supérieurs de plusieurs ordres de grandeur.
Cette différence explique pourquoi certaines valeurs de bases de données semblent incohérentes.
La forme chimique exacte doit être prise en compte avant d’utiliser une valeur de poids moléculaire.

DEGRÉ DE POLYMÉRISATION

Le degré de polymérisation, souvent abrégé DP ou n, décrit le nombre moyen d’unités phosphate dans une chaîne polyphosphate.
L’APP à courte chaîne peut avoir un degré de polymérisation inférieur à environ 100.
L’APP à haut degré de polymérisation peut atteindre plusieurs centaines ou plus de mille unités phosphate.
L’augmentation de la longueur de chaîne réduit généralement la solubilité dans l’eau et améliore la stabilité hydrolytique.
Cela est particulièrement important dans les revêtements et polymères ignifuges parce qu’un phosphate fortement soluble dans l’eau peut migrer hors du matériau pendant une exposition à l’humidité ou au contact de l’eau.
L’APP Phase II à haut degré de polymérisation est donc préféré lorsqu’une performance ignifuge durable est requise.
Le degré de polymérisation doit être considéré comme une distribution plutôt que de supposer que chaque chaîne d’une poudre commerciale possède exactement la même longueur.

PHASES CRISTALLINES

Le Polyphosphate d’Ammonium peut exister sous plusieurs modifications cristallines.
La littérature scientifique reconnaît au moins six phases d’APP, couramment désignées APP-I à APP-VI.
La technologie commerciale des retardateurs de flamme est dominée par la Phase I et la Phase II.
Ces phases possèdent la même chimie générale de polyphosphate d’ammonium mais diffèrent par leur structure cristalline, leur degré de polymérisation, leur stabilité thermique et leur comportement vis-à-vis de l’eau.
La distinction entre Phase I et Phase II est donc bien plus qu’une simple convention de dénomination.

APP PHASE I

La Phase I est généralement associée à des chaînes phosphate plus courtes et à un degré de polymérisation inférieur à celui de la Phase II.
L’APP-I est plus soluble dans l’eau et plus sensible à l’hydrolyse.
Il commence également généralement sa transformation ou sa décomposition thermique à une température plus basse.

Ces caractéristiques peuvent être utiles lorsque l’on souhaite une réactivité plus rapide ou une plus grande compatibilité avec l’eau, mais elles sont moins avantageuses dans les composites polymères à longue durée de vie ou les revêtements intumescents aqueux nécessitant une forte résistance à l’extraction par l’humidité.
La Phase I peut également apparaître comme intermédiaire lors de la synthèse de l’APP ou de la conversion de phase cristalline.
Un produit simplement décrit comme « Polyphosphate d’Ammonium » ne doit donc pas automatiquement être considéré comme étant de Phase II.

APP PHASE II

La Phase II est la structure commerciale la plus importante pour l’APP ignifuge haute performance.
L’APP-II se caractérise par de longues chaînes phosphate, un degré de polymérisation élevé et une très faible solubilité dans l’eau.
Les qualités industrielles modernes de Phase II sont couramment décrites comme largement insolubles dans l’eau et totalement insolubles dans les solvants organiques usuels.
La Phase II offre également une meilleure stabilité thermique et hydrolytique que l’APP à courte chaîne.

Ces propriétés sont essentielles dans :

les revêtements intumescents,
les composés de polyoléfines ignifuges,
les systèmes polyuréthane,
les adhésifs,
les mastics,
la protection du bois,
le traitement du papier,
et d’autres matériaux durables de protection contre le feu.

L’APP-II ne doit pas être considéré comme totalement insensible à l’eau. Une exposition prolongée, une température élevée et un pH inadapté peuvent encore entraîner une hydrolyse ou une libération progressive de phosphate.
L’expression « faible solubilité dans l’eau » est donc techniquement plus exacte que l’affirmation d’une insolubilité absolue pour toutes les qualités.

POURQUOI LA PHASE II EST PRÉFÉRÉE POUR LES SYSTÈMES INTUMESCENTS

Un revêtement intumescent peut rester sur une structure de bâtiment pendant des années avant d’être exposé à un incendie.
Pendant cette période de service, le revêtement peut être exposé à l’humidité, à la condensation et aux cycles de température.
Si la source d’acide se dissout facilement, le phosphate peut migrer à travers le film, cristalliser à la surface ou être lessivé hors du revêtement.
Ces effets peuvent réduire les performances au feu et dégrader l’aspect.
L’APP-II à haut degré de polymérisation limite cette migration grâce à sa faible solubilité dans l’eau.
Lorsque l’incendie se produit finalement, la température élevée active la chimie du phosphate.
Cette réactivité différée correspond exactement à ce qu’exige une formulation intumescente : stabilité pendant le service normal et forte génération d’acide pendant la décomposition thermique.

STRUCTURE GÉNÉRALE

Les chaînes polyphosphate sont formées de tétraèdres PO₄ reliés par des atomes d’oxygène pontants.

Un segment de chaîne simplifié peut être représenté comme suit :

-P-O-P-O-P-

Chaque atome de phosphore reste fortement lié aux atomes d’oxygène.
La chaîne porte une charge négative largement compensée par les ions ammonium.
Les groupes phosphate terminaux présentent des environnements protoniques ou ammonium différents de ceux des unités internes de la chaîne.
Le rapport exact entre groupes terminaux et internes diminue à mesure que la longueur de chaîne augmente.
L’APP à longue chaîne s’approche donc d’une composition répétitive empirique proche de NH₄PO₃.
C’est pourquoi [NH₄PO₃]n est fréquemment utilisé comme représentation générale pratique.

TENEUR EN PHOSPHORE ET EN AZOTE

L’APP contient à la fois du phosphore et de l’azote.
Le phosphore fournit la principale fonction ignifuge en phase condensée.
L’ammonium apporte l’azote et est également responsable de la libération de gaz contenant de l’ammoniac pendant la décomposition thermique.
Les qualités commerciales ignifuges de Phase II contiennent généralement environ 30-32 % de phosphore en poids et environ 14 % d’azote en poids, bien que les spécifications exactes varient.

L’équivalent P₂O₅ est une autre spécification courante.
Les industries des matières premières phosphatées expriment fréquemment la teneur en phosphore en équivalent pentoxyde de phosphore, même si des molécules libres de P₂O₅ ne sont pas présentes sous cette forme dans l’ensemble du solide.
Un équivalent P₂O₅ élevé indique généralement une teneur élevée en phosphate actif.
Les spécifications précises en P et N doivent être obtenues à partir de la TDS et du COA de la qualité concernée.

DÉCOMPOSITION THERMIQUE

L’APP est thermiquement stable dans des conditions normales de stockage mais devient chimiquement actif lorsqu’il est chauffé.
Le matériau à courte chaîne peut commencer à subir une transformation significative à des températures relativement plus basses.
L’APP Phase II à haut degré de polymérisation reste généralement stable aux températures normales de transformation des polymères et commence une décomposition importante à des températures plus élevées, souvent supérieures à environ 250-300°C selon la qualité et la méthode d’essai.

Pendant le chauffage, de l’ammoniac et de l’eau peuvent être libérés tandis que des espèces d’acide polyphosphorique et phosphorique se développent.
Ces espèces phosphorées acides sont essentielles à l’action ignifuge.
À température encore plus élevée, les structures phosphate peuvent former des résidus condensés riches en phosphore et contribuer à des couches protectrices carbonées ou inorganiques.
Le profil thermique exact dépend de la longueur de chaîne, de la phase cristalline, du traitement de surface et du polymère environnant.

MÉCANISME IGNIFUGE

Le Polyphosphate d’Ammonium agit principalement dans la phase condensée.
Le processus ignifuge commence lorsque l’APP est exposé à une chaleur suffisante.
De l’ammoniac et de l’eau sont libérés lorsque la structure polymérique du phosphate se transforme.
Parallèlement, des espèces d’acide phosphorique et polyphosphorique sont générées.
Ces acides favorisent la déshydratation des sources de carbone contenant des groupes hydroxyle ou de structures polymères appropriées.
La déshydratation supprime la formation de certains composés volatils inflammables et favorise la formation d’un charbon carboné.
Le charbon obtenu devient une barrière physique entre le matériau sous-jacent et le feu.

Cette barrière limite :

le transfert de chaleur vers le substrat,
le transfert d’oxygène vers la zone de décomposition,
et la libération de gaz combustibles vers la flamme.

L’APP ne se contente donc pas de « refroidir » le matériau.
Sa fonction la plus importante consiste à modifier la chimie de décomposition de manière à développer une couche carbonisée protectrice contenant du phosphore ou une barrière inorganique.

APP COMME SOURCE D’ACIDE

Dans les formulations intumescentes, l’APP est couramment appelé source d’acide ou donneur d’acide.
Cette terminologie fait référence à la génération d’espèces d’acide phosphorique et polyphosphorique lors du chauffage.
L’acide catalyse les réactions de déshydratation de la source de carbone.
Le pentaérythritol constitue une source de carbone classique.
Sous l’effet de la chaleur, l’acide phosphate réagit avec les groupes hydroxyle du pentaérythritol et des polyols apparentés.
Des intermédiaires ester phosphate se forment.
Ces structures se déshydratent ensuite et se carbonisent.
Le processus crée une phase carbonée visqueuse capable de retenir les gaz libérés par l’agent gonflant.
La structure expansée résultante devient la couche carbonisée intumescente caractéristique.

SYSTÈME INTUMESCENT À TROIS COMPOSANTS

Un système ignifuge intumescent traditionnel contient trois principaux composants fonctionnels :
Source d’acide : Polyphosphate d’Ammonium
Source de carbone : Pentaérythritol, dipentaérythritol, amidon ou autre polyol riche en carbone
Source gonflante : Mélamine ou autre composé azoté générateur de gaz
Pendant un incendie, ces ingrédients s’activent selon une séquence coordonnée.
L’APP génère des espèces phosphate acides.
La source de carbone subit une déshydratation et forme une couche carbonisée.
L’agent gonflant se décompose et libère des gaz.
Ces gaz font gonfler la couche carbonée ramollie.
Le charbon expansé final présente une faible conductivité thermique et protège le substrat de la chaleur.

RÔLE DE LA MÉLAMINE

La mélamine est largement utilisée comme source de gaz dans les formulations intumescentes classiques à base d’APP.
À température élevée, la mélamine subit des réactions de condensation et de décomposition qui libèrent des gaz contenant de l’azote.
Ces gaz sont retenus dans la masse carbonée modifiée par le phosphate.
La couche carbonisée se dilate fortement.
Le taux d’expansion est important, mais l’expansion maximale seule n’est pas l’objectif.
Une mousse très volumineuse mais faible peut s’effondrer sous l’exposition au feu.
Le meilleur système crée une couche carbonisée cohérente, mécaniquement stable et thermiquement isolante.
La concentration en APP et son interaction avec la mélamine influencent donc à la fois le volume et la résistance de la couche carbonisée.

RÔLE DU PENTAÉRYTHRITOL

Le pentaérythritol contient quatre groupes hydroxyle et constitue une source de carbone efficace.
La fonctionnalité hydroxyle réagit facilement avec les espèces d’acide phosphorique ou polyphosphorique produites à partir de l’APP.
La déshydratation qui en résulte favorise une carbonisation rapide.
Le dipentaérythritol peut parfois offrir une meilleure résistance à l’eau et un comportement thermique différent en raison de son poids moléculaire supérieur et de sa plus faible solubilité dans l’eau.
L’amidon, la cellulose, les polyols et les sources de carbone polymériques peuvent également être utilisés.
Le choix dépend de la chimie du liant, de la résistance à l’eau, de la température du feu et de la stabilité souhaitée du revêtement.

FORMATION DE LA COUCHE CARBONISÉE

La qualité de la couche carbonisée détermine une grande partie de la résistance pratique au feu d’un système à base d’APP.
Une bonne couche carbonisée doit être :
épaisse,
cohérente,
thermiquement stable,
à faible conductivité thermique,
résistante à la fissuration,
et suffisamment solide pour rester fixée au substrat.
Une couche carbonisée faible peut se détacher sous l’effet du flux gazeux ou des contraintes mécaniques.
Une couche fissurée expose le polymère ou l’acier sous-jacent.
Les formulateurs utilisent donc des charges, minéraux, fibres et synergistes pour renforcer la couche protectrice générée par l’APP.
Le dioxyde de titane, la silice, les borates, les argiles et les oxydes métalliques peuvent interagir avec les espèces phosphate et modifier la structure de la couche carbonisée.

IGNIFUGATION SANS HALOGÈNE

L’un des principaux avantages de l’APP est qu’il permet des formulations ignifuges sans retardateurs de flamme bromés ou chlorés.
L’APP lui-même contient du phosphore, de l’azote, de l’hydrogène et de l’oxygène.
Pendant la décomposition, la principale voie ignifuge recherchée produit des phases condensées riches en phosphore et des gaz tels que l’ammoniac et l’eau plutôt que de dépendre d’inhibiteurs radicalaires contenant des halogènes.
Cela fait du Polyphosphate d’Ammonium un composant important des systèmes ignifuges sans halogène.
L’absence d’halogène ne signifie pas automatiquement que toute formulation à base d’APP soit inoffensive pour l’environnement ou adaptée à toutes les normes réglementaires.
La formulation complète peut contenir d’autres additifs, revêtements ou synergistes nécessitant une évaluation indépendante.
Néanmoins, l’APP offre une voie bien établie permettant d’obtenir de fortes performances au feu sans recourir à la chimie ignifuge organohalogénée conventionnelle.

COMPORTEMENT DES FUMÉES

Les retardateurs de flamme agissant en phase condensée peuvent réduire la quantité de matériau volatil combustible atteignant la flamme.
Cela peut influencer la formation de fumée.
Les systèmes intumescents à base d’APP produisent souvent une forte couche carbonisée protectrice au lieu de permettre une décomposition complète du polymère avec flamme.
Le comportement des fumées dépend néanmoins de la résine complète.
Les liants aromatiques peuvent générer de la fumée indépendamment de la chimie ignifuge.
L’APP ne doit donc pas automatiquement être commercialisé comme suppresseur universel de fumée.
La densité des fumées et les performances relatives aux gaz toxiques doivent être mesurées au moyen de l’essai au feu pertinent pour le matériau fini.

APPLICATIONS

Revêtements intumescents

Les revêtements intumescents de protection contre le feu figurent parmi les applications les plus importantes de l’APP à haut degré de polymérisation.
Le revêtement reste relativement mince dans des conditions normales.
Lorsqu’il est exposé au feu, la formulation gonfle et crée une couche carbonisée isolante beaucoup plus épaisse.
L’APP agit comme donneur d’acide.
Le pentaérythritol ou un autre polyol fournit le carbone.
La mélamine ou une autre source de gaz crée l’expansion.
Le liant maintient les ingrédients ensemble et assure l’adhérence en service normal.
Pendant l’exposition au feu, le revêtement peut se dilater jusqu’à plusieurs fois son épaisseur initiale.
Cette couche expansée ralentit l’échauffement du substrat protégé.

Protection incendie de l’acier de construction

L’acier n’a pas besoin de brûler pour perdre sa capacité portante pendant un incendie.
Sa résistance mécanique diminue fortement lorsque la température augmente.
Un revêtement intumescent à base d’APP retarde cette montée en température en créant une couche carbonisée isolante.
Les systèmes de protection de l’acier de construction sont conçus en fonction du facteur de section, de l’épaisseur du revêtement, de la courbe de feu et de la durée de protection requise.
L’APP lui-même ne possède pas de classement de résistance au feu.
C’est le système de revêtement certifié qui le possède.
Un fabricant doit donc tester la formulation complète conformément aux normes applicables du bâtiment et de protection incendie.

Revêtements intumescents aqueux

Les systèmes de liants aqueux acryliques, vinyle-acryliques et apparentés utilisent couramment l’APP Phase II.
La faible solubilité dans l’eau est essentielle parce que le revêtement est fabriqué et appliqué à partir d’eau.
Un phosphate soluble se dissoudrait dans la phase aqueuse, augmenterait la viscosité et pourrait migrer pendant le séchage.
L’APP-II à haut degré de polymérisation reste en grande partie sous forme de particules dispersées.
Un comportement de suspension aqueuse à faible viscosité constitue donc une caractéristique souhaitable de la qualité.
L’APP traité en surface ou microencapsulé peut fournir une résistance à l’humidité encore meilleure lorsque la durabilité extérieure est requise.

Revêtements intumescents à base de solvants

L’APP peut également être utilisé dans des revêtements à base de solvants.
Le matériau est insoluble dans les solvants organiques courants et reste donc un solide inorganique dispersé.
Les systèmes à base de solvants peuvent offrir une meilleure résistance à l’eau que certaines formulations aqueuses conventionnelles.
La dispersion des particules reste importante parce que les agglomérats peuvent réduire la régularité du revêtement et l’homogénéité de la couche carbonisée.
Le liant doit rester compatible avec l’ensemble du système additif APP/polyol/mélamine.

Revêtements intumescents époxy

Les revêtements époxy haute performance de protection incendie sont utilisés dans les environnements industriels, offshore et exposés aux feux d’hydrocarbures.
La chimie traditionnelle APP/pentaérythritol/mélamine est plus étroitement associée aux intumescents pour feux cellulosiques, mais les matériaux phosphatés peuvent également contribuer aux systèmes époxy de protection incendie.
Les revêtements destinés aux feux d’hydrocarbures nécessitent une couche carbonisée beaucoup plus résistante parce que les températures augmentent rapidement et que les contraintes mécaniques sont importantes.
Des fibres, charges céramiques, graphite expansible et autres renforts peuvent donc accompagner la chimie du phosphore.
Un revêtement APP décoratif standard ne doit pas être considéré comme adapté à un service sévère sous feu d’hydrocarbures.

Revêtements pour bois

Le bois est naturellement riche en carbone et contient de la cellulose et des groupes hydroxyle.
Cela rend l’APP particulièrement efficace parce que le substrat lui-même peut participer à la déshydratation catalysée par le phosphate et à la carbonisation.
Les traitements à base d’APP peuvent favoriser la formation d’une couche carbonisée protectrice au lieu d’une combustion rapide avec flamme.

Les applications comprennent :

panneaux de bois,
éléments en bois massif,
contreplaqué,
panneaux de fibres,
produits décoratifs en bois,
et certains matériaux de construction.

L’APP à faible solubilité dans l’eau est préférable lorsque le bois traité peut être exposé à l’humidité.
Les phosphates à courte chaîne solubles dans l’eau peuvent initialement apporter une ignifugation efficace mais peuvent être lessivés plus facilement.

Imprégnation du bois

Dans certaines applications du bois, des traitements phosphate solubles sont intentionnellement utilisés parce qu’une pénétration dans le bois est recherchée.
Cela représente une stratégie différente de celle des revêtements de surface utilisant de l’APP Phase II insoluble.
Le type d’APP requis dépend donc du fait que le traitement doive pénétrer dans les parois cellulaires ou rester principalement comme additif de surface.
La résistance au lessivage, l’hygroscopicité et l’apparence du bois doivent être évaluées.

Papier et cellulose

L’APP peut conférer une ignifugation efficace au papier et aux matériaux à base de cellulose.
La cellulose contient de nombreux groupes hydroxyle qui peuvent réagir avec les acides phosphorés générés à partir de l’APP.
Le phosphate favorise la déshydratation et la formation de charbon.
Les applications potentielles comprennent :
papier spécial,
carton,
isolation cellulosique,
produits fibreux,
et systèmes de papier revêtu.

Une forte teneur en APP peut influencer la résistance du papier, la sensibilité à l’humidité et le comportement à l’impression.
La qualité et la méthode d’application doivent donc correspondre à l’utilisation finale prévue.

Textiles

L’APP peut être incorporé dans les enductions arrière textiles, les liants et les traitements ignifuges composites.
Le système phosphate favorise la formation de charbon dans les fibres naturelles et synthétiques.
La durabilité constitue une difficulté.
Un phosphate non revêtu ou sensible à l’eau peut être éliminé par lavage ou exposition à l’humidité.
La microencapsulation et la modification de surface peuvent améliorer la résistance à l’eau et la compatibilité avec les liants textiles.
Le toucher, la flexibilité et la résistance à l’abrasion doivent également être pris en compte.
Un traitement textile ignifuge doit être évalué après les conditions de lavage ou de vieillissement pertinentes pour le produit final.

Polypropylène

Le polypropylène est très combustible et produit naturellement peu de charbon protecteur.
Les systèmes intumescents à base d’APP peuvent modifier la décomposition du PP en introduisant une chimie phosphore-azote.
Une formulation intumescente PP typique peut contenir de l’APP avec une source de carbone et un synergiste contenant de l’azote.
Le système crée un charbon expansé qui protège le PP sous-jacent.
Une charge totale de retardateurs de flamme relativement élevée peut être nécessaire par rapport aux systèmes halogène-antimoine.
Cela peut influencer les propriétés mécaniques et la densité.
L’APP modifié en surface améliore la compatibilité avec le polypropylène non polaire.

Pourquoi la compatibilité de l’APP est difficile dans le polypropylène

L’APP est un matériau inorganique ionique et polaire.
Le polypropylène est fortement non polaire.
La compatibilité interfaciale entre les deux est donc faible.
Les particules d’APP non traitées peuvent s’agglomérer ou créer des interfaces faibles.
L’affinité de la surface phosphate pour l’eau peut également provoquer des problèmes liés à l’humidité.
Des revêtements de surface à base de résines de mélamine, de silanes, de polymères ou d’autres modificateurs peuvent améliorer la compatibilité.
Des compatibilisants tels que les polyoléfines greffées à l’anhydride maléique peuvent également améliorer l’adhérence interfaciale.
C’est l’une des principales raisons pour lesquelles la technologie de l’APP modifié est devenue importante.

Polyéthylène

Le polyéthylène présente des problèmes de compatibilité similaires en raison de sa structure hydrocarbonée non polaire.
Les systèmes intumescents à base d’APP peuvent assurer une ignifugation sans halogène dans les formulations PE, mais la dispersion et la conservation des propriétés mécaniques doivent être optimisées.
Les systèmes contenant de l’EVA peuvent être plus faciles à formuler parce que l’EVA introduit davantage de fonctionnalité polaire.
La charge ignifuge requise dépend de la densité du polymère, de la teneur en charges et de l’objectif de performance au feu.

EVA

L’éthylène-acétate de vinyle contient des groupes acétate polaires et est largement utilisé dans les applications de câbles, adhésifs et mousses.
L’APP peut être plus compatible avec l’EVA qu’avec le polyéthylène pur.
Les systèmes intumescents à base de phosphate sont donc pertinents pour certains composés de câbles à faible teneur en halogènes ou sans halogène et pour certains matériaux moulés.
L’APP peut également fonctionner avec des retardateurs de flamme minéraux tels que l’hydroxyde d’aluminium selon les objectifs de formulation.
La flexibilité mécanique et les performances électriques doivent être testées sur le composé complet.

Polyuréthane

L’APP est utilisé dans les applications de polyuréthane rigide et flexible.
Les mousses rigides de polyuréthane et de polyisocyanurate sont d’importants matériaux d’isolation thermique mais nécessitent une protection incendie efficace.
L’APP Phase II fin peut être incorporé dans les mélanges de polyols ou dans les matrices polymériques.
La densité élevée de l’APP par rapport au polyol liquide crée des problèmes de sédimentation.
Une faible taille de particules et une viscosité contrôlée de la suspension sont donc importantes.
L’APP microencapsulé peut améliorer la résistance à l’humidité et la compatibilité.
Dans le polyuréthane flexible, une charge solide excessive peut affecter la structure de la mousse et la souplesse mécanique.

Adhésifs

L’APP Phase II est utilisé dans certains adhésifs ignifuges.
Les données techniques commerciales concernant les qualités d’APP à particules fines indiquent des niveaux d’utilisation efficaces autour de 10-20 % dans certaines formulations d’adhésifs et de mastics, bien que la concentration correcte dépende fortement de la formulation.
L’APP peut fournir un système ignifuge phosphore-azote sans introduire d’halogènes.
La viscosité, la résistance d’adhésion et la résistance à l’humidité doivent être vérifiées parce que les particules solides de phosphate peuvent modifier la rhéologie et les propriétés interfaciales.

Mastics

Les mastics destinés à la construction et au transport peuvent nécessiter une résistance au feu.
L’APP peut être dispersé dans des systèmes de mastic polymérique appropriés.
Le matériau ne doit pas compromettre excessivement la flexibilité.
La taille des particules et le traitement de surface influencent à la fois la rhéologie et l’allongement.
Les mastics extérieurs nécessitent une attention particulière à l’absorption d’eau et à la migration du phosphate.

Résines thermodurcissables

Les époxydes, polyesters insaturés et autres thermodurcissables peuvent utiliser des systèmes ignifuges à base d’APP.
La forte polarité des particules de phosphate peut influencer la viscosité de la résine.
Une sédimentation peut se produire avant la réticulation.
Dans les composites renforcés de fibres, l’APP doit se répartir entre les fibres et la résine sans créer de zones sèches.
La modification de surface peut améliorer l’adhérence interfaciale.

Composites

Les composites de fibres naturelles et les composites bois-plastique constituent des candidats particulièrement adaptés à l’ignifugation par phosphate parce que la cellulose peut servir de source de carbone.
L’APP peut favoriser la déshydratation des fibres naturelles pendant l’incendie.
Cela peut créer une couche carbonisée cohérente autour du composite.
Le bénéfice ignifuge doit être équilibré avec l’absorption d’humidité parce que les fibres naturelles et l’APP non traité peuvent tous deux être hydrophiles.
L’APP traité en surface est donc intéressant pour les composites destinés à l’extérieur.

Polymères pour impression 3D et fabrication additive

Les systèmes à base d’APP peuvent être incorporés dans certains filaments thermoplastiques ou matériaux composites imprimables.
Le défi consiste à maintenir l’écoulement à l’état fondu et la fiabilité de la buse.
De gros agglomérats peuvent perturber l’extrusion.
Un APP fin et bien dispersé est nécessaire.
Les performances au feu doivent être évaluées sur des pièces imprimées parce que l’orientation d’impression et la porosité interne peuvent modifier le comportement de combustion par rapport à des éprouvettes moulées par injection.

APPLICATIONS DANS LES ENGRAIS

Le terme Polyphosphate d’Ammonium est également largement utilisé en agriculture.
L’APP agricole doit être soigneusement distingué de la poudre ignifuge Phase II à faible solubilité.
Les qualités courantes d’engrais liquides comprennent 10-34-0 et 11-37-0.
Un engrais 10-34-0 contient environ 10 % d’azote et 34 % de phosphate exprimé en équivalent P₂O₅.
Ces produits sont des solutions aqueuses contenant un mélange d’orthophosphates d’ammonium et de polyphosphates d’ammonium.
Ils ne sont pas chimiquement ou physiquement équivalents à la poudre APP-II insoluble à haut degré de polymérisation.

POURQUOI LES ENGRAIS LIQUIDES APP EXISTENT

L’acide superphosphorique contient des espèces phosphate condensées.
La neutralisation par l’ammoniac produit des solutions concentrées de polyphosphate d’ammonium.
La chimie des polyphosphates permet des concentrations en nutriments plus élevées dans les engrais liquides stables que les seuls systèmes simples d’orthophosphate.
L’avantage agricole est principalement lié à la fabrication, au stockage, à la manipulation et à la concentration des nutriments.
Dans le sol, les chaînes polyphosphate s’hydrolysent en orthophosphate.
Les plantes absorbent finalement le phosphore principalement sous forme d’espèces orthophosphate.
La fraction polyphosphate agit donc comme précurseur du phosphate assimilable par les plantes plutôt que comme une voie nutritionnelle fondamentalement différente.

APP 10-34-0

10-34-0 est l’une des analyses d’engrais liquides à base de polyphosphate d’ammonium les plus connues.
Les chiffres indiquent les pourcentages nominaux de :
10 % d’azote,
34 % d’équivalent P₂O₅,
0 % de K₂O.
La solution peut être utilisée directement comme engrais de démarrage ou comme matière première pour des engrais liquides mélangés.
Les solutions agricoles d’APP peuvent également aider à maintenir certains ions micronutriments en solution grâce à des effets de complexation ou de séquestration.
Cette fonction ne doit pas être extrapolée aux qualités solides d’APP ignifuge.

ENGRAIS APP PAR RAPPORT AU MAP ET AU DAP

Le Phosphate Monoammonique et le Phosphate Diammonique sont des engrais orthophosphatés.
L’APP liquide contient à la fois des espèces condensées et des orthophosphates.
Une fois appliquées dans un sol humide, les chaînes polyphosphate s’hydrolysent progressivement en orthophosphate.
Les recherches agronomiques indiquent généralement que, lorsque des doses équivalentes de phosphore sont appliquées correctement, l’APP et les sources d’orthophosphate peuvent fournir une nutrition phosphorée comparable.
Le choix repose donc souvent sur l’équipement d’application, la manipulation des liquides, la facilité de mélange et le coût plutôt que sur un avantage universel en rendement.

APP PHASE II PAR RAPPORT À L’APP FERTILISANT

Ces matériaux partagent la chimie du polyphosphate d’ammonium mais présentent des exigences de performance très différentes.

APP ignifuge Phase II :
est un solide à haut degré de polymérisation,
présente une très faible solubilité dans l’eau,
est conçu pour la décomposition thermique et la formation de charbon,
et est optimisé pour les revêtements et les polymères.

APP fertilisant liquide :
contient des chaînes phosphate plus courtes et de l’orthophosphate,
est intentionnellement soluble dans l’eau,
est fourni sous forme de solution nutritive aqueuse,
et est conçu pour apporter du phosphore et de l’azote en agriculture.

L’utilisation d’APP fertilisant comme remplacement direct de la poudre ignifuge Phase II détruirait généralement les caractéristiques de résistance à l’eau et de formulation nécessaires dans les revêtements ou les plastiques.

MODIFICATION DE SURFACE

L’APP non traité possède des surfaces polaires riches en phosphate.

Cela crée plusieurs limitations :

affinité pour l’eau,
comportement hygroscopique,
faible compatibilité avec les polymères non polaires,
agglomération des particules,
et migration potentielle hors des composites.

La modification de surface vise à corriger ces faiblesses.

Les traitements possibles comprennent :

revêtements à base de mélamine,
résine mélamine-formaldéhyde,
agents de couplage silanes,
revêtements époxy,
coques de polyuréthane,
traitements contenant du silicone,
et autres coques polymériques ou inorganiques.

L’objectif est de préserver le cœur riche en phosphore tout en modifiant l’interface entre l’APP et la matrice environnante.

APP MICROENCAPSULÉ

La microencapsulation entoure les particules individuelles d’APP ou les amas de particules d’un revêtement protecteur.
Les qualités commerciales modernes de Phase II peuvent être microencapsulées avec une résine à base de mélamine.
Le revêtement réduit le contact direct entre la surface phosphate et l’eau.
Les avantages peuvent comprendre :

une solubilité dans l’eau plus faible,
une hygroscopicité plus faible,
une meilleure compatibilité avec les polymères,
un meilleur écoulement de la poudre,
une migration réduite,
et de meilleures propriétés électriques dans certains composés.

La microencapsulation modifie également la composition de la qualité commerciale.
Un produit APP revêtu ne doit donc pas être automatiquement considéré comme ayant le même pourcentage de phosphore ou d’azote qu’un APP non revêtu.

POURQUOI LA SOLUBILITÉ DANS L’EAU EST IMPORTANTE

La solubilité dans l’eau est l’un des indicateurs de qualité les plus importants pour l’APP ignifuge.
Un phosphate soluble peut migrer hors d’un polymère ou d’un revêtement pendant une exposition à l’humidité.
Cela entraîne plusieurs problèmes potentiels.
La surface peut développer des cristaux de phosphate ou des dépôts blancs.
Les performances au feu peuvent diminuer à mesure que le matériau actif est perdu.
L’apparence du revêtement peut changer.
Les propriétés d’isolation électrique peuvent se détériorer.
L’absorption d’humidité peut augmenter.
L’APP-II à haut degré de polymérisation est donc intentionnellement fabriqué pour minimiser la solubilité dans l’eau.

HYDROLYSE

Même l’APP à longue chaîne peut s’hydrolyser lentement.
L’eau attaque les liaisons P-O-P et raccourcit la chaîne polyphosphate.
Le matériau évolue finalement vers des phosphates plus courts et l’orthophosphate.
La température accélère le processus.
Les conditions acides ou alcalines peuvent également modifier la vitesse d’hydrolyse.
Une formulation exposée à de l’eau chaude est donc beaucoup plus exigeante qu’une formulation stockée sous une humidité intérieure modérée.
L’APP microencapsulé peut améliorer la durabilité hydrolytique en limitant l’accès de l’eau à la surface phosphate.

HYGROSCOPICITÉ

L’absorption d’eau peut créer des problèmes importants dans les polymères et les revêtements.
L’APP humide peut s’agglomérer pendant le stockage.
L’eau peut produire des bulles pendant l’extrusion.
Dans les mousses de polyuréthane, l’humidité peut réagir avec l’isocyanate et modifier la structure cellulaire.
Les composés électriques peuvent perdre leurs propriétés d’isolation.
Les qualités APP-II de haute qualité sont donc conçues pour présenter une faible hygroscopicité.
Le revêtement de surface peut encore réduire l’absorption d’humidité.

FORMULATIONS AQUEUSES

L’APP présente un problème particulièrement exigeant dans les revêtements intumescents aqueux parce que la poudre reste immergée dans l’eau pendant la production et le stockage.
La Phase II à faible solubilité est essentielle.
La viscosité de la suspension est également importante.
Une qualité produisant une viscosité extrêmement élevée peut rendre la peinture difficile à fabriquer ou à appliquer.
Les qualités modernes d’APP à particules fines sont donc optimisées non seulement pour une faible solubilité mais aussi pour une faible viscosité en suspension aqueuse.
Les produits modifiés en surface peuvent encore améliorer la stabilité au stockage.

TAILLE DES PARTICULES

La taille des particules influence presque toutes les applications de l’APP.
Les particules fines se dispersent plus uniformément.
Elles produisent des revêtements plus lisses.
Elles peuvent réagir de manière plus homogène pendant l’incendie.
Les particules fines offrent également une surface spécifique plus importante, ce qui peut augmenter l’interaction avec l’eau si la surface n’est pas traitée.
Les poudres très fines peuvent générer davantage de poussière.
Les grosses particules peuvent produire des surfaces de revêtement rugueuses et des défauts mécaniques.
Les qualités commerciales d’APP micronisé contrôlent donc à la fois la taille moyenne des particules et la fraction de grosses particules.

DISTRIBUTION GRANULOMÉTRIQUE

D50 est fréquemment utilisé pour caractériser la taille médiane des particules.
D90 fournit des informations sur l’extrémité grossière de la distribution.
Une qualité présentant un D50 acceptable mais un D90 élevé peut contenir suffisamment de grosses particules pour affecter un revêtement mince.
Le résidu sur tamis peut fournir un autre contrôle de qualité.
La distribution idéale dépend de l’épaisseur du film et de la méthode de transformation du polymère.
Un revêtement structurel épais peut tolérer des particules plus grosses qu’un revêtement textile mince.

DISPERSION

Les particules d’APP doivent être distribuées uniformément dans les polymères et les revêtements.
Les agglomérats créent des points faibles et un comportement au feu irrégulier.
Dans les revêtements en poudre ou les thermoplastiques, le compoundage à l’état fondu est couramment utilisé.
Dans les revêtements liquides, des équipements de dispersion à grande vitesse peuvent être employés.
L’objectif est de casser les agglomérats tendres sans endommager inutilement le revêtement de surface de l’APP microencapsulé.
Un broyage extrêmement agressif peut rompre une coque protectrice et augmenter la solubilité dans l’eau.

COMPATIBILITÉ AVEC LES POLYOLÉFINES

L’APP non modifié est hydrophile et les polyoléfines sont hydrophobes.
Cette différence crée une faible adhérence à l’interface particule-polymère.
Le résultat peut être une diminution de la résistance à la traction ou de l’allongement.
Le traitement de surface et les compatibilisants améliorent l’interface.
Le polypropylène ou le polyéthylène greffé à l’anhydride maléique peut améliorer l’interaction entre l’APP polaire et la matrice non polaire.
Une modification appropriée peut permettre l’ignifugation avec une moindre perte de propriétés mécaniques.

COMPATIBILITÉ AVEC LES POLYMÈRES POLAIRES

L’APP peut être plus compatible avec des polymères polaires tels que l’EVA, certains polyamides, les polyuréthanes et les liants acryliques.
Cependant, la compatibilité ne peut pas être prédite uniquement à partir de la polarité.
L’absorption d’eau, la température de transformation et les interactions acide-base sont également importantes.
L’APP peut catalyser une dégradation indésirable du polymère si la température de transformation est trop élevée ou si des espèces acides sont générées prématurément.
La stabilité thermique doit donc correspondre aux conditions de transformation du polymère.

TEMPÉRATURE DE TRANSFORMATION

L’APP Phase II est choisi en partie parce qu’il tolère des températures de transformation plus élevées que l’APP à courte chaîne.
Les températures de compoundage du polypropylène proches d’environ 180-220°C sont généralement compatibles avec des qualités APP à haut degré de polymérisation adaptées.
Les plastiques techniques transformés à plus haute température nécessitent une évaluation plus soigneuse.
Si l’APP commence à générer des espèces phosphate acides pendant la transformation normale, le polymère peut se dégrader.
Le temps de séjour est également important.
Une température acceptable pour une extrusion brève peut causer davantage de dommages pendant un maintien prolongé à chaud.

APP DANS LES POLYAMIDES

Les polyamides sont transformés à des températures relativement élevées.
Les systèmes à base d’APP peuvent être difficiles parce que le phosphate doit rester suffisamment stable pendant le compoundage.
L’APP modifié, le polyphosphate de mélamine et d’autres retardateurs de flamme phosphore-azote peuvent parfois fournir de meilleures performances à haute température.
La technologie appropriée dépend de la qualité du polyamide et de la température de transformation.
L’APP ne doit donc pas être décrit comme universellement adapté à tous les composés PA6 ou PA66.

APP PAR RAPPORT AU POLYPHOSPHATE DE MÉLAMINE

Le Polyphosphate de Mélamine, MPP, est un autre retardateur de flamme phosphore-azote.
Le MPP contient de la mélamine associée au polyphosphate plutôt que de l’ammonium comme principal cation contenant de l’azote.
Il présente généralement une stabilité thermique et un comportement vis-à-vis de l’eau différents.
Le MPP peut être avantageux dans les plastiques techniques transformés à plus haute température.
L’APP est particulièrement performant dans les revêtements intumescents et les systèmes de polyoléfines.
Les deux ne doivent pas être considérés comme des synonymes directs ni être automatiquement substitués gramme pour gramme.

APP PAR RAPPORT AU PHOSPHATE MONOAMMONIQUE

Le Phosphate Monoammonique a pour formule NH₄H₂PO₄.
Il s’agit d’un sel orthophosphate de faible poids moléculaire, très soluble dans l’eau.
Le MAP peut fonctionner comme engrais et peut apporter du phosphore ignifuge à certains traitements de cellulose.
Il ne présente pas le comportement à longue chaîne et faible solubilité de l’APP Phase II.
L’utilisation de MAP dans un revêtement intumescent extérieur entraînerait généralement des problèmes de sensibilité à l’eau beaucoup plus importants.

APP PAR RAPPORT AU PHOSPHATE DIAMMONIQUE

Le Phosphate Diammonique, (NH₄)₂HPO₄, est un autre orthophosphate très soluble dans l’eau.
Le DAP est largement utilisé comme engrais et dans certaines applications ignifuges.
Son comportement thermique et sa solubilité diffèrent fortement de ceux de l’APP-II.
L’APP à haut degré de polymérisation est préféré lorsqu’une ignifugation durable à faible solubilité dans l’eau est requise.

APP PAR RAPPORT AU PHOSPHORE ROUGE

Le phosphore rouge est un retardateur de flamme phosphoré extrêmement efficace dans certains polymères.
Il peut fournir une teneur élevée en phosphore avec une charge additive relativement faible.
Cependant, le phosphore rouge présente des problèmes spécifiques de manipulation, de couleur, d’oxydation et d’humidité.
L’APP est blanc et plus facile à utiliser dans de nombreux revêtements et formulations de couleur claire.
L’APP s’intègre également naturellement aux systèmes intumescents reposant sur une source d’acide.
Les deux technologies fonctionnent selon des chimies différentes et ne constituent pas des remplacements directs.

APP PAR RAPPORT AUX ORGANOPHOSPHATES

Les retardateurs de flamme organophosphatés sont des composés organiques moléculaires contenant du phosphore.
Certains sont liquides et peuvent également agir comme plastifiants.
L’APP est un solide inorganique.
Les organophosphates peuvent offrir une excellente compatibilité avec certaines matrices polymériques mais peuvent migrer ou se volatiliser selon leur structure moléculaire.
L’APP possède une très faible volatilité et reste sous forme de solide particulaire.
Le choix dépend du polymère, de la permanence, du mécanisme d’action au feu et des exigences de transformation.

APP PAR RAPPORT À L’HYDROXYDE D’ALUMINIUM

L’hydroxyde d’aluminium, ATH, agit principalement par décomposition endothermique et libération d’eau.
L’ATH nécessite normalement une forte charge, souvent de plusieurs dizaines de pour cent.
Les systèmes intumescents à base d’APP peuvent fournir une forte ignifugation avec une charge minérale totale plus faible mais nécessitent une formulation adaptée à la formation de charbon.
L’ATH contribue au résidu minéral et à la suppression de fumée.
L’APP favorise une couche carbonisée riche en phosphore.
Les deux peuvent parfois être combinés afin d’exploiter des mécanismes complémentaires.

APP PAR RAPPORT À L’HYDROXYDE DE MAGNÉSIUM

L’hydroxyde de magnésium fonctionne de manière similaire à l’ATH mais se décompose à une température plus élevée.
Il convient aux polymères transformés au-dessus de la plage préférée pour l’ATH.
L’APP fournit un mécanisme chimique en phase condensée très différent.
L’APP à haut degré de polymérisation peut offrir une charge requise plus faible dans des systèmes intumescents efficaces.
L’hydroxyde de magnésium peut offrir une plus grande simplicité lorsque des charges de remplissage très élevées sont acceptables.

APP PAR RAPPORT AU GRAPHITE EXPANSIBLE

Le graphite expansible se dilate physiquement lorsqu’il est chauffé et crée une couche de carbone protectrice en forme de vermicules.
L’APP favorise chimiquement la déshydratation et la formation de charbon.
Les deux peuvent être utilisés dans des systèmes intumescents.
Le graphite expansible crée souvent une expansion rapide et importante.
Les systèmes à base d’APP peuvent produire un réseau phosphate-charbon chimiquement plus lié.
Les formulations hybrides APP/graphite expansible peuvent fournir une synergie utile selon le liant et le substrat.

APP PAR RAPPORT AU BORATE DE ZINC

Le Borate de Zinc peut agir comme synergiste ignifuge, suppresseur de fumée et additif renforçant le charbon.
Dans les systèmes APP, il peut réagir avec les espèces phosphate et influencer la formation de phases inorganiques protectrices.
Cela peut améliorer la résistance de la couche carbonisée ou la résistance à l’eau dans certaines formulations.
Une interaction excessive peut également modifier l’intumescence.
Le rapport approprié doit donc être déterminé expérimentalement.

APP PAR RAPPORT À LA MÉLAMINE

La mélamine et l’APP jouent des rôles différents dans l’intumescence traditionnelle.
L’APP est principalement la source d’acide.
La mélamine est principalement la source gonflante ou gazeuse.
La mélamine seule ne peut pas remplacer la chimie de déshydratation induite par le phosphate de l’APP.
L’APP seul peut libérer une certaine quantité d’ammoniac, mais l’ajout de mélamine peut fortement augmenter l’expansion et optimiser la génération de gaz.
Leurs fonctions sont complémentaires.

SYNERGIE AVEC LES COMPOSÉS DU SILICIUM

La silice, les silicates, les matériaux silicones et les composés organosiliciés peuvent améliorer la couche carbonisée à base d’APP.
Pendant l’exposition au feu, les espèces phosphorées et silicées peuvent former des structures thermiquement stables.
Les phases contenant du silicium peuvent renforcer le résidu carboné et réduire la fissuration.
Cela peut améliorer la durabilité de la barrière.
L’avantage dépend fortement de la chimie spécifique du silicium.
Le simple ajout d’une grande quantité de silice ne garantit pas une amélioration de l’intumescence.

SYNERGIE AVEC LES COMPOSÉS DU BORE

L’acide borique, les borates et le Borate de Zinc peuvent interagir avec les systèmes phosphate et charbon.
Les phases contenant du bore peuvent favoriser des barrières protectrices de type vitreux.
Elles peuvent également influencer la fumée et le comportement après-flamme.
Dans les revêtements, les combinaisons bore-phosphore peuvent améliorer la cohésion de la couche carbonisée.
La résistance à l’eau et la compatibilité avec le liant doivent néanmoins être évaluées.

SYNERGIE AVEC LES OXYDES MÉTALLIQUES

Certains oxydes métalliques peuvent réagir avec les espèces phosphate pendant le chauffage.
Les phosphates métalliques obtenus peuvent renforcer la partie inorganique du résidu protecteur.
Le dioxyde de titane est particulièrement courant dans les peintures intumescentes parce qu’il agit comme pigment et peut participer à la chimie de la couche carbonisée à haute température.
Cependant, la concentration en TiO₂ doit être optimisée.
Une quantité excessive de minéral inerte peut diluer les ingrédients intumescents actifs et réduire l’expansion.

DIOXYDE DE TITANE DANS LES REVÊTEMENTS INTUMESCENTS

Le TiO₂ apporte blancheur et opacité pendant le service normal.
Pendant l’exposition au feu, il peut interagir avec les produits de décomposition riches en phosphate.
Cela peut créer des résidus davantage de type céramique.
La couche carbonisée résultante peut être mécaniquement plus résistante.
L’APP et le TiO₂ remplissent donc des fonctions différentes mais complémentaires.
Le TiO₂ ne doit pas être décrit comme source d’acide.

MICROENCAPSULATION AVEC UNE RÉSINE DE MÉLAMINE

L’APP commercial microencapsulé peut utiliser une coque de résine de mélamine autour de la particule de phosphate.
Cette coque constitue une barrière physique contre l’eau.
La microencapsulation peut réduire la solubilité dans l’eau encore davantage que l’APP Phase II conventionnel.
Elle peut également améliorer l’écoulement de la poudre et réduire le contact direct entre les sites phosphate acides et le polymère.
Comme la coque contient un matériau organique riche en azote, le comportement de décomposition thermique diffère quelque peu de celui de l’APP non traité.
Les qualités revêtues doivent donc être évaluées sur la base de leur propre TDS plutôt que d’appliquer directement les données de l’APP non revêtu.

APPLICATIONS ÉLECTRIQUES

Les retardateurs de flamme à base d’APP peuvent être utilisés dans certains composés polymériques électriques.
Une faible solubilité dans l’eau est particulièrement importante parce qu’un phosphate ionique soluble peut augmenter la conductivité électrique.
La microencapsulation peut améliorer les performances électriques en limitant la migration ionique.
Les câbles et boîtiers électriques doivent néanmoins satisfaire à toutes les exigences de rigidité diélectrique, résistance au cheminement, vieillissement à l’humidité et performance au feu.
Une qualité ignifuge ne doit pas automatiquement être qualifiée de qualité électrique.

ADHÉSIFS ET MASTICS

L’APP Phase II fin peut conférer une ignifugation aux adhésifs et mastics sans chimie halogénée.
Les recommandations commerciales de fabricants pour certaines qualités fines d’APP indiquent des plages de charge utiles autour de 10-20 % dans certaines formulations.
Cela doit être considéré comme une plage de départ spécifique à la qualité plutôt que comme un dosage universel.
La résistance d’adhésion, la flexibilité, la viscosité et la réticulation doivent être mesurées après addition.
La forte teneur en solide de l’APP peut modifier considérablement la rhéologie.

NIVEAUX D’UTILISATION TYPIQUES

Le dosage d’APP varie fortement selon l’application.
Les revêtements intumescents contiennent souvent l’APP comme l’un des principaux composants autres que le liant.
Les composés intumescents de polypropylène peuvent nécessiter des systèmes ignifuges totaux à des charges relativement élevées.
Les adhésifs peuvent utiliser des niveaux plus faibles ou intermédiaires.
Les traitements du bois et des textiles dépendent du liant et du poids d’addition.
Pour cette raison, il ne faut pas indiquer un pourcentage universel unique d’APP.
Les recommandations du fabricant et les essais d’application doivent définir la concentration finale.
Le niveau le plus efficace est la charge la plus faible permettant d’atteindre les performances au feu requises tout en préservant les propriétés mécaniques, optiques et de durabilité.

CONTRÔLE QUALITÉ

Teneur en phosphore

La concentration en phosphore constitue une indication principale de la teneur en phosphate actif.
Une qualité d’APP ignifuge présentant une teneur en phosphore étonnamment faible peut contenir une quantité excessive de revêtement, d’impuretés ou de matériau non actif.
La valeur doit être interprétée en fonction du caractère revêtu ou non revêtu du produit.

Teneur en azote

L’azote est associé à l’ammonium et, dans les qualités revêtues, potentiellement à la chimie de surface contenant de l’azote.
L’équilibre P/N peut fournir des informations sur la composition du produit.
Un écart important peut indiquer une réaction incomplète ou une modification de formulation.

Équivalent P₂O₅

L’équivalent P₂O₅ est largement utilisé dans les industries du phosphate.
Il permet de comparer la concentration en phosphore sur une base conventionnelle d’oxyde.
Cette mesure ne signifie pas que l’APP commercial soit littéralement constitué de pentoxyde de phosphore libre.

Degré de polymérisation

Le DP influence fortement la solubilité dans l’eau et la stabilité thermique.
La mesure directe peut être techniquement complexe.
Les spécifications commerciales peuvent utiliser à la place des indicateurs indirects tels que la solubilité dans l’eau, la viscosité ou l’identification de phase.

Phase cristalline

La diffraction des rayons X peut identifier la structure cristalline de l’APP.
La teneur en Phase II est importante pour les qualités ignifuges nécessitant une faible solubilité.
Un matériau contenant une proportion importante de Phase I peut présenter un comportement différent en conditions humides.

Solubilité dans l’eau

La faible solubilité dans l’eau est l’une des spécifications les plus importantes de l’APP-II.
La méthode d’essai doit définir la température, la concentration et le temps d’extraction.
Comparer deux valeurs obtenues dans des conditions d’essai différentes peut être trompeur.

pH

Les suspensions d’APP sont généralement légèrement acides à presque neutres selon la qualité.
La valeur de pH doit toujours être accompagnée de la concentration testée.
Par exemple, une suspension aqueuse à 10 % n’est pas directement comparable à une extraction à 1 %.

Indice d’acide

Un indice d’acide très faible peut être souhaitable pour la compatibilité avec les polymères et les revêtements.
Une forte acidité libre peut accélérer la dégradation des polymères ou affecter la stabilité au stockage.
Les qualités modernes de Phase II sont donc souvent conçues avec une faible acidité résiduelle.

Humidité

L’humidité influence l’écoulement de la poudre et la transformation.
Dans les thermoplastiques ou le polyuréthane, un excès d’eau peut provoquer des défauts importants.
Une faible teneur en humidité est donc importante.
L’APP revêtu peut présenter des spécifications d’humidité différentes du matériau non traité.

Taille des particules

La taille des particules contrôle la dispersion, la régularité du revêtement et la transformation.
Les qualités micronisées sont utiles dans les revêtements minces et les composés polymériques fins.
Les valeurs D50 et D90 peuvent être plus informatives qu’une simple mention telle que « poudre fine ».

Densité apparente

La densité apparente influence le volume des sacs, la conception des trémies, l’alimentation et la ségrégation de la poudre.
Il s’agit d’un paramètre physique commercial plutôt que d’une densité chimique intrinsèque.

Blancheur

La blancheur est pertinente pour les peintures et les polymères clairs.
Les impuretés colorées peuvent affecter le produit final.
Les revêtements ou traitements de surface peuvent également modifier l’apparence de la poudre.

Stabilité thermique

L’analyse thermogravimétrique peut montrer à quel moment une perte de masse importante commence.
La stabilité thermique doit être suffisante pour la température de transformation prévue du polymère.
Une qualité adaptée au polypropylène peut ne pas être automatiquement adaptée à une résine technique transformée à plus haute température.

PHOSPHATE LIBRE ET ORTHOPHOSPHATE

Des niveaux élevés d’orthophosphate soluble peuvent augmenter la solubilité dans l’eau et l’hygroscopicité.
Ils peuvent indiquer un degré de condensation plus faible ou une hydrolyse.
Pour une utilisation ignifuge durable, une faible teneur en phosphate soluble est généralement souhaitable.
L’APP fertilisant présente des exigences complètement différentes et contient intentionnellement une proportion importante d’orthophosphate soluble.

FABRICATION

L’APP peut être fabriqué par des réactions de condensation impliquant des phosphates d’ammonium, de l’acide phosphorique ou de l’acide polyphosphorique avec de l’ammoniac et des agents de condensation.
Les procédés industriels varient.
Certains procédés chauffent le phosphate monoammonique ou le phosphate diammonique avec de l’urée.
D’autres font réagir de l’acide polyphosphorique concentré avec de l’ammoniac.
La température élevée favorise l’élimination de l’eau et la croissance des chaînes P-O-P.
La température de réaction, la pression d’ammoniac, le temps de séjour et la stœchiométrie initiale influencent la longueur des chaînes et la phase cristalline.
La production de Phase II nécessite des conditions contrôlées différentes de la simple formation de phosphate d’ammonium à courte chaîne.

CONDENSATION AVEC L’URÉE

L’urée peut servir d’auxiliaire de condensation dans la synthèse de l’APP.
Pendant le chauffage, des gaz contenant de l’ammoniac sont générés tandis que la condensation du phosphate se poursuit.
Cette voie peut produire de l’APP à longue chaîne dans des conditions de réaction appropriées.
La chimie azotée résiduelle liée à l’urée doit être contrôlée.
Le produit fini est purifié, broyé et classifié selon la taille de particules requise.

VOIE DE L’ACIDE POLYPHOSPHORIQUE

L’acide polyphosphorique concentré peut réagir avec l’ammoniac pour produire du polyphosphate d’ammonium en chaîne.
La réaction à haute température permet une croissance supplémentaire des chaînes.
Des procédés industriels historiques ont utilisé une ammoniation contrôlée à plusieurs centaines de degrés Celsius pour produire un APP cristallin à longues chaînes.
Le refroidissement, le lavage et le séchage donnent ensuite le produit solide.
La voie de fabrication influence la forme cristalline et la teneur résiduelle en phosphate soluble.

MICRONISATION

Après synthèse, l’APP en vrac peut être broyé à la taille de particules requise.
Le broyage fin augmente la surface spécifique.
La poudre peut ensuite être classifiée à l’air afin d’éliminer les particules grossières.
Pour les revêtements spécialisés, la micronisation améliore la régularité de surface et la dispersion.
Un broyage excessif peut influencer les défauts cristallins ou provoquer une agglomération.
L’ingénierie des particules constitue donc une opération de finition contrôlée plutôt qu’un simple broyage du produit aussi finement que possible.

REVÊTEMENT ET TRAITEMENT DE SURFACE

Une étape supplémentaire de fabrication peut appliquer une coque de surface.
Des procédés de revêtement à sec ou par voie humide peuvent être utilisés.
Le traitement doit couvrir suffisamment la surface phosphate pour réduire l’interaction avec l’eau sans diluer excessivement la teneur en phosphore.
L’uniformité du revêtement est importante.
Un revêtement incomplet laisse des zones sensibles à l’eau.
Un excès de revêtement peut réduire la concentration en APP actif et augmenter le coût.

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES ET CHIMIQUES

Aspect : Poudre blanche pour les qualités ignifuges de haute pureté
Odeur : Normalement faible ou négligeable
Type chimique : Phosphate d’ammonium inorganique polymérique
Représentation générale : [NH₄PO₃]n
Numéro CAS : 68333-79-9
Numéro EC : 269-789-9
Poids moléculaire : Variable
Solubilité dans l’eau : Fortement dépendante de la longueur de chaîne et de la phase ; les qualités Phase II présentent une très faible solubilité
Solubilité dans les solvants organiques : Généralement insoluble
Inflammabilité : L’APP lui-même est ininflammable
Hygroscopicité : Dépend de la qualité ; l’APP-II de haute qualité peut présenter une faible hygroscopicité
Stabilité thermique : Dépend de la qualité et de la phase
Densité apparente : Dépend de la qualité
Taille des particules : Dépend de la qualité
pH : Comportement en suspension légèrement acide à proche de la neutralité selon la qualité et les conditions d’essai
Teneur en phosphore : Dépend de la qualité, couramment autour du bas de la plage des 30 % pour l’APP ignifuge à forte teneur active
Teneur en azote : Dépend de la qualité, couramment autour du milieu de la plage des dizaines de pour cent pour l’APP non revêtu
Comme le matériau est polymérique, des valeurs telles que le point d’ébullition et la pression de vapeur n’ont pas le même sens que pour un petit liquide organique.
L’APP se décompose thermiquement plutôt que de bouillir sous forme de polymère intact.

POURQUOI L’APP NE POSSÈDE PAS DE POINT D’ÉBULLITION NORMAL

La chaîne polyphosphate est maintenue par de fortes liaisons ioniques et covalentes.
Le chauffage ne provoque pas simplement le passage de molécules intactes d’APP dans la phase vapeur.
Une décomposition chimique se produit à la place.
De l’ammoniac, de l’eau et des espèces contenant du phosphore sont générés pendant que la structure solide se transforme.
Une base de données attribuant un point d’ébullition moléculaire conventionnel à l’APP à haut degré de polymérisation doit donc être interprétée avec prudence.

SÉCURITÉ ET MANIPULATION

Les qualités ignifuges d’APP sont généralement manipulées comme des poudres inorganiques ininflammables.
Le principal problème professionnel courant est l’exposition aux poussières plutôt qu’une forte volatilité.
Les particules fines peuvent provoquer une irritation mécanique des yeux et des voies respiratoires.
La SDS actuelle de la qualité spécifique doit toujours déterminer la classification parce que les revêtements, agents d’encapsulation ou matières résiduelles peuvent modifier le produit commercial.
Les bonnes pratiques industrielles comprennent le contrôle des poussières en suspension lors de l’ouverture des sacs, de la pesée et du mélange.

INHALATION

Éviter de respirer des poussières concentrées d’APP.
Une ventilation locale par aspiration peut être utile aux postes de chargement de poudre.
Le transport en système fermé réduit l’exposition des travailleurs.
En cas d’inhalation importante de poussière, déplacer la personne concernée à l’air frais et demander une évaluation médicale si les symptômes persistent.
La protection respiratoire doit être choisie à partir de l’évaluation des risques du lieu de travail et de la SDS plutôt que prescrite automatiquement à partir de données générales sur les phosphates.

CONTACT AVEC LES YEUX

Une poudre minérale fine peut provoquer une irritation physique.
Des lunettes de sécurité ou des lunettes étanches sont appropriées pour les opérations poussiéreuses.
Après un contact accidentel, rincer soigneusement les yeux à l’eau.
Une irritation persistante doit faire l’objet d’une attention médicale.

CONTACT AVEC LA PEAU

L’APP n’est normalement pas manipulé comme un solide fortement corrosif, mais un contact prolongé avec la poussière doit être évité.
Laver la peau exposée à l’eau avec des produits de nettoyage normaux.
Des gants de protection peuvent être utilisés lorsqu’un contact répété est possible.
Les qualités traitées en surface peuvent contenir des matériaux polymériques de revêtement supplémentaires ; la SDS exacte reste donc la source pertinente.

INGESTION

L’APP industriel ignifuge ne doit pas être ingéré.
Les utilisations alimentaires ou fertilisantes de la chimie des phosphates ne démontrent pas l’aptitude d’une qualité industrielle d’APP à la consommation.
Après une ingestion accidentelle importante, suivre la SDS et les recommandations médicales appropriées.

FUMÉES DE DÉCOMPOSITION THERMIQUE

Un incendie ou une forte surchauffe peut libérer de l’ammoniac et des fumées acides contenant du phosphore.
Ces gaz peuvent irriter le système respiratoire.
Les équipements de transformation doivent éviter les températures provoquant une décomposition inutile.
Les pompiers intervenant sur des matériaux en combustion contenant de l’APP doivent utiliser une protection respiratoire adaptée à l’environnement global de l’incendie.

COMBUSTIBILITÉ

Le Polyphosphate d’Ammonium lui-même est ininflammable.
Cela est cohérent avec son utilisation comme ingrédient ignifuge.
La manipulation de poudres fines doit néanmoins suivre les procédures industrielles normales de contrôle des poussières.
Un additif ininflammable peut être présent dans une installation contenant des poudres polymériques combustibles, des liants ou des mélanges de poussières ; la sécurité du procédé doit donc prendre en compte l’ensemble du système.

STOCKAGE

L’APP doit être stocké dans des emballages hermétiquement fermés dans des conditions sèches.
Le contrôle de l’humidité est particulièrement important.
Un contact prolongé avec l’eau peut favoriser l’hydrolyse.
L’humidité peut également provoquer une agglomération et réduire l’écoulement de la poudre.
Les sacs doivent être protégés des palettes endommagées, des sols humides et de la condensation.
Les emballages ouverts doivent être efficacement refermés si une utilisation partielle est autorisée par les procédures qualité du site.

DURÉE DE CONSERVATION

Il ne faut pas attribuer une durée de conservation universelle unique à tous les APP.
La stabilité dépend de la phase, du traitement de surface, de l’emballage et des conditions de stockage.
Les APP-II microencapsulés et conventionnels peuvent avoir des durées de conservation déclarées par les fournisseurs différentes.
Utiliser les informations de recontrôle ou de durée de conservation fournies pour le matériau commercial exact.

EMBALLAGE

L’APP commercial est fourni dans des emballages industriels résistants à l’humidité.
Les formats possibles comprennent des sacs doublés, des sacs multicouches, des fûts et des big bags.
Les qualités microencapsulées et ultrafines peuvent nécessiter des emballages plus protecteurs afin d’éviter l’humidité et la contamination.
Les dimensions exactes des emballages doivent être confirmées pour le produit proposé plutôt que spécifiées de manière générique.

TRANSPORT

L’APP est généralement transporté comme solide ininflammable, mais le statut exact en matière de marchandises dangereuses doit suivre la SDS de la qualité spécifique et de la juridiction concernée.
Les principales considérations logistiques sont la protection contre l’humidité, l’intégrité de l’emballage et le confinement des poussières.
Les solutions d’APP fertilisant présentent une logistique différente parce qu’elles sont liquides et peuvent être expédiées en citernes ou conteneurs vrac.

COMPORTEMENT ENVIRONNEMENTAL

L’APP contient des nutriments phosphorés et azotés.
Le rejet de grandes quantités dans les eaux de surface peut contribuer à la charge nutritive même si le matériau est intentionnellement utilisé dans les engrais sous des conditions agricoles contrôlées.
Le polyphosphate s’hydrolyse progressivement en espèces phosphate plus courtes.
Le phosphate peut interagir fortement avec les surfaces minérales, les métaux et les sols.
Les rejets non contrôlés doivent donc être évités.
Le comportement environnemental doit être évalué selon la forme exacte et l’utilisation.

BIODÉGRADABILITÉ

Le concept conventionnel de biodégradation organique ne s’applique pas directement à un polymère phosphate inorganique.
L’APP ne se biodégrade pas comme un hydrocarbure organique.
Les chaînes polyphosphate subissent plutôt une hydrolyse chimique et biologique en phosphates plus courts et orthophosphate.
L’ammonium peut entrer dans le cycle de l’azote.
Les espèces environnementales finales participent donc aux cycles naturels du phosphore et de l’azote.

IDENTITÉ RÉGLEMENTAIRE

Les acides polyphosphoriques, sels d’ammonium, sont identifiés sous le Numéro CAS 68333-79-9 et le Numéro EC 269-789-9.
La substance figure dans les inventaires chimiques européens et internationaux.
L’aptitude réglementaire dépend néanmoins de l’application.
Une qualité industrielle ignifuge n’est pas automatiquement autorisée pour l’alimentation, les aliments pour animaux, les engrais ou l’exposition directe du consommateur simplement parce que la grande famille chimique possède des utilisations dans ces secteurs.
Les qualités traitées en surface peuvent également contenir des substances supplémentaires nécessitant une évaluation réglementaire distincte.

CONTEXTE REACH ET ADDITIFS POLYMÈRES

Le Polyphosphate d’Ammonium est reconnu dans la réglementation chimique européenne et est largement utilisé comme additif ignifuge pour polymères. La cartographie des additifs plastiques de l’ECHA inclut les acides polyphosphoriques, sels d’ammonium, sous CAS 68333-79-9 et EC 269-789-9. Les déclarations réglementaires actuelles doivent être obtenues pour la qualité commerciale spécifique. Les produits microencapsulés peuvent présenter des détails de composition différents de ceux de l’APP non revêtu.

CONSIDÉRATIONS RELATIVES AUX SVHC

Certaines qualités commerciales actuelles d’APP Phase II sont commercialisées comme exemptes de substances extrêmement préoccupantes selon l’évaluation réglementaire actuelle du fournisseur. Cela ne doit pas être généralisé à toutes les qualités d’APP du marché. Le statut SVHC évolue dans le temps et dépend du produit. La déclaration actuelle du fournisseur doit donc être vérifiée lorsque cette information est requise.

APP DANS LES REVÊTEMENTS INTUMESCENTS PAR RAPPORT AUX SELS IGNIFUGES SIMPLES

Les phosphates d’ammonium solubles traditionnels peuvent réduire l’inflammabilité des matériaux cellulosiques. L’APP-II représente une approche plus avancée lorsqu’une bonne durabilité est requise. La structure à longue chaîne réduit la dissolution et la migration. Cela permet au phosphate de rester dans un revêtement ou un polymère jusqu’à l’exposition au feu. Cette différence explique pourquoi l’APP à haut degré de polymérisation est largement utilisé dans les intumescents architecturaux modernes malgré la disponibilité de sels phosphate solubles beaucoup moins coûteux.

LIMITATIONS DE RÉSISTANCE À L’EAU

Même l’APP Phase II peut contribuer à la sensibilité à l’humidité.
Il s’agit de l’une des principales limites des revêtements intumescents conventionnels.
L’eau peut pénétrer dans le liant sur de longues périodes.
De petites quantités de phosphate peuvent migrer.

La source de carbone et la mélamine peuvent également être sensibles à l’eau.
Les systèmes intumescents durables pour l’extérieur reposent donc sur des liants optimisés, des couches de finition, des ingrédients microencapsulés ou des systèmes de charbon plus résistants à l’eau.
L’utilisation d’APP-II est nécessaire dans de nombreux cas mais ne suffit pas à elle seule à créer un revêtement totalement résistant aux intempéries.

LIMITATIONS DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DANS LES POLYMÈRES

L’APP est une particule inorganique rigide.
Une charge élevée peut réduire l’allongement et la résistance aux chocs des thermoplastiques.
Une mauvaise adhérence à l’interface amplifie le problème.
La modification de surface, les compatibilisants et une taille de particules optimisée peuvent minimiser la perte.
Le système ignifuge doit être conçu avec les objectifs mécaniques plutôt que d’être ajouté après finalisation de la formulation du polymère.

COULEUR

Un APP de haute qualité est blanc et convient aux formulations claires.
Cela offre un avantage par rapport au phosphore rouge.
À forte charge, l’APP peut néanmoins augmenter l’opacité.
Les formulations polymériques colorées peuvent nécessiter un ajustement pigmentaire.
Les revêtements de surface peuvent légèrement modifier la blancheur ou la nuance.

PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES

L’APP à faible solubilité est préféré dans les composés électriques parce qu’un phosphate ionique mobile peut augmenter la conductivité en présence d’humidité.
La microencapsulation peut réduire davantage ce risque.
Les formulations électriques ignifuges doivent être testées après vieillissement en humidité.
Les performances diélectriques initiales à sec seules peuvent ne pas prédire le comportement à long terme.

POURQUOI L’IDENTIFICATION DE PHASE EST IMPORTANTE

Un produit peut correspondre à une description chimique générale « Polyphosphate d’Ammonium » tout en ne satisfaisant pas aux exigences de durabilité d’un revêtement haute performance.
L’identification de la Phase II apporte la preuve que le matériau possède la structure cristalline à longue chaîne recherchée.
La diffraction des rayons X constitue donc un outil précieux pour la caractérisation des qualités.
Les essais de solubilité dans l’eau fournissent des preuves fonctionnelles complémentaires.
Aucun de ces essais ne doit être remplacé par le seul nom du produit.

TDS, SDS ET COA

La Fiche Technique doit décrire la qualité commerciale d’APP.
Les informations pertinentes peuvent comprendre :

phase cristalline,
teneur en phosphore,
teneur en azote,
solubilité dans l’eau,
pH,
viscosité de la suspension aqueuse,
taille des particules,
humidité,
densité,
comportement de décomposition,
et applications recommandées.

La Fiche de Données de Sécurité fournit la classification des dangers, les premiers secours, les informations de manipulation, de stockage, de décomposition et les recommandations de transport.
Le Certificat d’Analyse fournit les valeurs spécifiques au lot pour les paramètres contrôlés.
Un COA représentatif est utile pendant la qualification, mais le lot réellement fourni doit être évalué par rapport aux spécifications convenues.

POURQUOI LES DONNÉES DE PHASE II NE DOIVENT PAS ÊTRE UTILISÉES POUR TOUS LES APP

Une solution agricole liquide d’APP peut être complètement soluble dans l’eau.
Une poudre d’APP-II microencapsulée peut présenter une solubilité dans l’eau extrêmement faible.
Les deux peuvent légitimement contenir du polyphosphate d’ammonium.
Utiliser les données de solubilité, de densité ou de pH de l’un pour l’autre serait techniquement incorrect.
Chaque valeur technique doit donc être associée à une forme commerciale clairement définie.

QUESTIONS FRÉQUEMMENT POSÉES

Qu’est-ce que le Polyphosphate d’Ammonium ?
Le Polyphosphate d’Ammonium est un sel polymérique inorganique formé de chaînes phosphate condensées et d’ions ammonium.

Que signifie APP ?
APP est l’abréviation standard de Polyphosphate d’Ammonium.

Quel est le numéro CAS ?
Le Numéro CAS 68333-79-9 est largement utilisé pour les acides polyphosphoriques, sels d’ammonium.

Quel est le numéro EC ?
Le Numéro EC est 269-789-9.

Quelle est la formule moléculaire ?
L’APP ne possède pas une formule moléculaire fixe unique parce que la longueur de chaîne varie. [NH₄PO₃]n est couramment utilisé comme représentation simplifiée de l’unité répétitive pour le matériau à longue chaîne.

Quel est le poids moléculaire ?
Il n’existe pas de poids moléculaire universel. Il dépend du degré de polymérisation.

Pourquoi certaines bases de données indiquent-elles un poids moléculaire de quelques centaines ?
Ces valeurs peuvent décrire un polyphosphate court et défini tel que le triphosphate d’ammonium plutôt que l’APP industriel à haut degré de polymérisation.

L’APP est-il un polymère ?
Oui. Il s’agit d’un polymère polyphosphate inorganique.

Quelle est la différence entre l’APP et le phosphate d’ammonium ?
Le phosphate d’ammonium désigne normalement des sels orthophosphate tels que le MAP ou le DAP. L’APP contient des chaînes phosphate condensées.

Qu’est-ce que l’APP Phase I ?
La Phase I est généralement une forme cristalline à degré de polymérisation inférieur et davantage sensible à l’eau.

Qu’est-ce que l’APP Phase II ?
La Phase II est une forme cristalline à haut degré de polymérisation largement utilisée pour une ignifugation durable en raison de sa faible solubilité dans l’eau.

Quelle phase est préférée pour les revêtements intumescents ?
La Phase II est généralement préférée.

Pourquoi ?
Elle offre une bien meilleure résistance à la dissolution dans l’eau et à la migration.

L’APP-II est-il complètement insoluble ?
Les qualités de Phase II de haute qualité peuvent présenter une solubilité extrêmement faible, mais décrire toutes les qualités comme absolument insolubles serait inutilement catégorique.

L’APP est-il soluble dans les solvants organiques ?
L’APP Phase II ignifuge est généralement insoluble dans les solvants organiques conventionnels.

L’APP est-il inflammable ?
Non. L’APP Phase II commercial est un solide inorganique ininflammable.

L’APP est-il sans halogène ?
L’APP lui-même ne contient ni chlore ni brome et est largement utilisé dans les systèmes ignifuges sans halogène.

L’APP est-il un retardateur de flamme ?
Oui. L’APP est un matériau ignifuge phosphore-azote majeur et une source d’acide dans les formulations intumescentes.

Comment fonctionne l’APP ?
Lorsqu’il est chauffé, l’APP produit des espèces acides phosphorées qui favorisent la déshydratation et la formation de charbon, tandis que la chimie de l’ammonium contribue à la production de gaz ininflammables.

Qu’est-ce qu’une source d’acide ?
Il s’agit du composant qui génère de l’acide pendant le chauffage et catalyse la formation d’une couche carbonisée protectrice.

Pourquoi le pentaérythritol est-il utilisé avec l’APP ?
Le pentaérythritol fournit du carbone riche en groupes hydroxyle qui peut être déshydraté et transformé en charbon par l’acide phosphate.

Pourquoi la mélamine est-elle utilisée avec l’APP ?
La mélamine libère des gaz qui font gonfler la couche carbonisée en formation.

L’APP peut-il fonctionner sans pentaérythritol ?
Oui, dans certains polymères ou systèmes contenant de la cellulose où le substrat lui-même peut agir comme source de carbone, mais les revêtements intumescents classiques utilisent généralement une source de carbone dédiée.

L’APP peut-il fonctionner sans mélamine ?
Oui, dans certains systèmes, mais le mécanisme d’expansion et la morphologie du charbon seront différents.

L’APP agit-il dans la phase gazeuse ?
Son mécanisme principal est la promotion du charbon en phase condensée, bien que les gaz de décomposition influencent également la combustion.

L’APP produit-il de l’ammoniac pendant un incendie ?
Oui. Des gaz contenant de l’ammoniac sont générés pendant la décomposition thermique.

L’APP produit-il de l’acide phosphorique ?
Le chauffage génère des espèces d’acide phosphorique et polyphosphorique qui favorisent les réactions de déshydratation.

L’APP réduit-il la fumée ?
La formation de charbon à base d’APP peut influencer la fumée, mais l’APP ne doit pas être présenté comme un suppresseur universel de fumée sans essais.

L’APP est-il utilisé dans les revêtements de protection incendie pour l’acier ?
Oui. L’APP Phase II est un important donneur d’acide dans les revêtements intumescents pour l’acier de construction.

L’APP lui-même fournit-il un classement au feu de 60 ou 120 minutes ?
Non. Le classement au feu appartient au système de revêtement complet testé et à l’épaisseur appliquée.

L’APP est-il utilisé sur le bois ?
Oui. La chimie des phosphates favorise fortement la formation de charbon dans les matériaux contenant de la cellulose.

L’APP est-il utilisé dans le papier ?
Oui.

L’APP est-il utilisé dans les textiles ?
Oui, couramment par l’intermédiaire d’enductions arrière ignifuges ou de systèmes de liants.

L’APP est-il utilisé dans le polypropylène ?
Oui. L’APP est largement utilisé dans les composés PP intumescents sans halogène.

Pourquoi l’APP est-il difficile à utiliser dans le polypropylène ?
L’APP est polaire et hydrophile, tandis que le polypropylène est non polaire et hydrophobe.

Comment peut-on améliorer la compatibilité ?
Le traitement de surface, la microencapsulation et les compatibilisants peuvent améliorer le comportement interfacial.

L’APP est-il utilisé dans le polyéthylène ?
Oui, dans des systèmes intumescents appropriés.

L’APP est-il utilisé dans l’EVA ?
Oui.

L’APP est-il utilisé dans le polyuréthane ?
Oui, notamment dans certaines applications de mousse rigide et de composites.

L’APP peut-il être utilisé dans les adhésifs ?
Oui. Les qualités fines de Phase II sont utilisées dans les adhésifs ignifuges.

Peut-il être utilisé dans les mastics ?
Oui.

L’APP peut-il s’hydrolyser ?
Oui. L’eau peut progressivement rompre les liaisons P-O-P et produire des phosphates plus courts.

La chaleur accélère-t-elle l’hydrolyse ?
Oui.

Que se passe-t-il lorsque l’APP est complètement hydrolysé ?
Le système évolue finalement vers des espèces orthophosphate.

L’APP agricole est-il identique à l’APP ignifuge ?
Ils appartiennent à la même grande famille chimique mais constituent des formes commerciales très différentes.

Qu’est-ce que l’APP 10-34-0 ?
Il s’agit d’un engrais liquide contenant environ 10 % d’azote et 34 % de phosphate exprimé en équivalent P₂O₅.

Le 10-34-0 convient-il aux revêtements intumescents ?
Il n’est pas équivalent à l’APP-II à haut degré de polymérisation et faible solubilité et ne doit pas être considéré comme un substitut direct.

RÉSUMÉ TECHNIQUE FINAL

Le Polyphosphate d’Ammonium, couramment abrégé APP, est un sel polymérique inorganique d’ammonium d’acides phosphoriques condensés, généralement identifié par le Numéro CAS 68333-79-9 et le Numéro EC 269-789-9. L’APP à haut degré de polymérisation est couramment représenté par la composition répétitive [NH₄PO₃]n, mais le matériau ne possède pas de poids moléculaire fixe unique parce que la longueur des chaînes phosphate et les groupes terminaux varient.

La forme ignifuge la plus importante commercialement est le Polyphosphate d’Ammonium Phase II. L’APP-II combine un degré de polymérisation élevé, une faible solubilité dans l’eau, une faible volatilité et une forte activité ignifuge en phase condensée. Ces caractéristiques le rendent particulièrement adapté aux revêtements intumescents, aux composés de polyoléfines sans halogène, aux adhésifs, aux mastics, au bois, au papier, aux textiles et à d’autres systèmes durables de protection contre l’incendie.

Pendant l’exposition au feu, le Polyphosphate d’Ammonium génère des espèces d’acide phosphorique et polyphosphorique ainsi que des gaz contenant de l’ammoniac et de l’eau. Les acides phosphorés catalysent la déshydratation et la carbonisation de sources de carbone appropriées. Dans les revêtements intumescents classiques, l’APP agit comme donneur d’acide, le pentaérythritol ou un autre polyol sert de source de carbone, et la mélamine fonctionne principalement comme composant gonflant. Le matériau carboné en formation se dilate en une couche thermiquement isolante qui réduit le transfert de chaleur, l’accès de l’oxygène et la libération de gaz combustibles de décomposition.

L’APP est particulièrement précieux parce que ce mécanisme soutient la technologie ignifuge sans halogène. Contrairement aux systèmes bromés ou chlorés conventionnels, le Polyphosphate d’Ammonium favorise une protection en phase condensée grâce à un charbon riche en phosphore. Les performances dépendent néanmoins de la formulation complète, et l’APP lui-même ne possède pas de classement UL 94, de classification de bâtiment ni de classement de résistance au feu structurel.

La phase cristalline et le degré de polymérisation sont fondamentaux. La Phase I contient généralement des chaînes plus courtes et est plus sensible à l’eau, tandis que la Phase II à longue chaîne fournit la stabilité hydrolytique et thermique requise pour des applications durables dans les polymères et les revêtements. La littérature scientifique reconnaît d’autres phases d’APP, mais les Phases I et II restent les principales classifications commerciales.

La solubilité dans l’eau est l’un des paramètres techniques les plus importants. Un phosphate trop soluble peut migrer, être lessivé ou cristalliser hors d’un revêtement et réduire les performances ignifuges à long terme. Les qualités modernes de Phase II mettent donc l’accent sur une solubilité dans l’eau extrêmement faible, une faible viscosité de suspension et une faible acidité résiduelle.

La microencapsulation peut encore améliorer les performances. Une coque polymérique ou à base de mélamine isole la surface de l’APP de l’eau, réduisant l’hygroscopicité et la migration tout en améliorant la compatibilité avec les polymères organiques. L’APP traité en surface est particulièrement précieux dans les polyoléfines, les composés électriques et les revêtements destinés à l’extérieur.

La taille des particules constitue un autre facteur majeur de qualité. Le matériau micronisé se disperse plus uniformément, produit des revêtements plus lisses et favorise une réponse thermique homogène. Cependant, une poudre non traitée très fine possède une surface spécifique accrue et peut générer davantage de poussière ou d’interaction avec l’eau. La distribution granulométrique doit donc être optimisée plutôt que simplement minimisée.

Le Polyphosphate d’Ammonium est largement utilisé dans les formulations intumescentes de polypropylène et de polyéthylène, mais la surface phosphate fortement polaire présente une faible compatibilité avec les polyoléfines non polaires. La modification de surface et les compatibilisants peuvent améliorer l’adhérence interfaciale et aider à préserver les propriétés mécaniques. L’EVA et d’autres polymères plus polaires peuvent présenter une meilleure compatibilité, tandis que les plastiques techniques transformés à haute température nécessitent une évaluation soigneuse de la stabilité thermique.

L’APP présente également d’importantes utilisations dans les matériaux riches en cellulose. Le bois, le papier et les fibres naturelles contiennent déjà des structures carbonées contenant des groupes hydroxyle qui peuvent réagir fortement à la déshydratation catalysée par les phosphates. Cela permet au Polyphosphate d’Ammonium de favoriser la formation d’une couche carbonisée protectrice dans les revêtements pour bois, les produits en papier, les traitements textiles et les composites à fibres naturelles.

Le nom APP possède également une signification agricole importante distincte. Les engrais liquides tels que 10-34-0 et 11-37-0 contiennent des mélanges hydrosolubles d’orthophosphate d’ammonium et de polyphosphate d’ammonium à chaînes plus courtes. Ces engrais sont chimiquement apparentés à l’APP ignifuge mais ne sont pas équivalents à la poudre Phase II à faible solubilité. Dans le sol, les chaînes polyphosphate s’hydrolysent progressivement en orthophosphate assimilable par les plantes.

L’évaluation de la qualité de l’APP ignifuge peut inclure la teneur en phosphore, la teneur en azote, l’équivalent P₂O₅, la teneur en Phase II, la solubilité dans l’eau, le pH, l’indice d’acide, l’humidité, la distribution granulométrique, la viscosité de suspension, la stabilité thermique et la densité apparente. Les qualités revêtues doivent également être évaluées en fonction de la quantité et des performances du traitement de surface.

Du point de vue de la manipulation, l’APP est une poudre inorganique ininflammable présentant une volatilité relativement faible. Les mesures de contrôle sur le lieu de travail doivent néanmoins réduire au minimum les poussières lors de l’ouverture des sacs, de la pesée et du mélange. Une protection des yeux, une bonne tenue des locaux et une ventilation appropriée sont recommandées, tandis que les fumées de décomposition thermique contenant de l’ammoniac et des espèces phosphorées acides ne doivent pas être inhalées.

L’APP doit être stocké au sec dans des emballages hermétiquement fermés parce que l’humidité peut favoriser l’agglomération et l’hydrolyse à long terme. La durée de conservation exacte, la classification des dangers, les conditions d’emballage et les déclarations réglementaires doivent être obtenues à partir des TDS, SDS et COA actuels de la qualité fournie.

Pour obtenir des informations sur la disponibilité d’APP Polyphosphate d’Ammonium, la sélection de qualités Phase II ou traitées en surface, les spécifications techniques, TDS, SDS, COA, les exigences granulométriques, les spécifications en phosphore et en azote, l’emballage, les quantités et les détails de devis, contactez ATAMAN KIMYA en précisant l’application ignifuge, de revêtement, polymère, adhésive, textile, de traitement du bois ou toute autre application industrielle prévue.

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