Presentación de algunos de los retardantes de llama más utilizados en el plástico de polipropileno (PP)

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Este mensaje fue modificado por última vez por “Pez errante en el desierto” el 15-12-2016 a las 16:27. Existen numerosos tipos de retardantes de llama que pueden utilizarse en el polipropileno PP. Según su composición química, se pueden dividir en dos categorías principales: retardantes de llama orgánicos y retardantes de llama inorgánicos； Según su modo de uso, se dividen en reactivos y aditivos. Los retardantes de llama más representativos son los a base de bromo, los a base de fósforo y nitrógeno, los a base de fósforo, así como el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio. 1. Agentes ignífugos a base de bromo. Los agentes ignífugos a base de bromo experimentaron un período de rápido desarrollo entre las décadas de 1970 y 1980. Debido a que la energía de enlace del enlace C-Br es baja, la mayoría de estos agentes se descomponen a temperaturas de 200-300 °C. Esta gama de temperaturas coincide precisamente con la temperatura a la cual se descompone el polipropileno. Por lo tanto, cuando el polipropileno se descompone por efecto del calor, los agentes ignífugos a base de bromo también comienzan a descomponerse. Se produce una descomposición, y se pueden capturar los radicales libres que se generan en las reacciones de degradación, lo que permite retrasar o detener la reacción en cadena de combustión. El HBr que se libera al mismo tiempo es un gas difícil de inflamar. Este gas tiene una densidad alta, lo que le permite cubrir la superficie de los materiales, impidiendo así que los gases inflamables lleguen a esa superficie y evitando así la combustión del material. Estos agentes ignífugos también pueden utilizarse en combinación con otros compuestos (como el antimonio trióxido), lo que permite mejorar significativamente su efecto ignífugo gracias a los efectos sinérgicos. Los retardantes de llama a base de bromo desempeñan un papel importante en las aplicaciones de retardo de llama del polipropileno. Los principales productos actuales son el decabromodifenilo éter, el tetrabromobisfenol A, el tetrabromodietilenglicol, el poliestireno bromado, el pentabromotolueno y el hexabromociclododecano, entre otros. La principal desventaja de los retardantes de llama a base de bromo es que disminuyen la estabilidad del material contra los rayos ultravioleta. Además, durante la combustión se generan grandes cantidades de humo, gases corrosivos y gases tóxicos, lo que limita su uso. 2. Retardantes de llama de tipo fósforo-nitrógeno. Los retardantes de llama de tipo fósforo-nitrógeno también se conocen como retardantes expansivos. Cuando los polímeros que contienen estos retardantes son calentados, en su superficie se forma una capa uniforme de espuma carbonosa. Esta capa sirve para aislar del calor y del oxígeno, además de reducir la generación de humo. También evita la formación de gotas fundidas, por lo que ofrecen excelentes propiedades retardantes de llama. Los sistemas ignífugos expansivos suelen estar compuestos por tres componentes: una fuente de ácido (deshidratante), una fuente de carbono (agente formador de carbono) y una fuente de gas (fuente de nitrógeno, agente espumante). Los retardantes de llama expansivos actúan como retardantes en la fase coagulada, principalmente al formar una capa de carbono en forma de espuma porosa. Los retardantes de llama a base de fósforo y nitrógeno presentan las ventajas de no contener halógenos, generar poco humo y ser poco tóxicos. 3. Retardantes de llama a base de fósforo. La función de los retardantes de llama a base de fósforo es provocar la deshidratación y carbonización del polímero durante su descomposición inicial. Este paso de deshidratación y carbonización debe depender de los grupos funcionales contenidos en oxígeno del propio polímero, en aquellos polímeros cuya estructura ya cuenta con dichos grupos funcionales. Su efecto ignífugo será mejor. En el caso del polipropileno, como su estructura molecular no contiene grupos contenientes oxígeno, el uso de retardantes de llama a base de fósforo por sí solo no da un buen resultado en términos de eficacia para retardar la propagación del fuego. Sin embargo, al combinarlo con compuestos como (OH)3 y Mg(OH)2, se logra un efecto sinérgico, lo que permite obtener una buena eficacia en la retención del fuego. Los retardantes de llama de tipo fosfato orgánico más utilizados son el trifenilfosfato, el trimetilfenilfosfato, el tris(dimetilbenzilo)fosfato, los fosfatos de tipo propileno-benceno y los fosfatos de tipo butileno-benceno. Los fosfatos se caracterizan por tener una doble función: la de ser ignífugos y la de ser plastificantes. Permite que los retardantes de llama no contengan halógenos. Su función plastificante mejora la facilidad de moldeo del plástico, y también ayuda a reducir los residuos que quedan después de una combustión. Se generan menos gases tóxicos y corrosivos que con los retardantes de llama a base de halógenos. Su principal ventaja es su alta eficiencia ； Tiene un impacto menor en la estabilidad a la luz o en el funcionamiento de los estabilizantes fotográficos ； Baja corrosividad durante el procesamiento y la combustión ； Tiene un efecto que impide que se reanude ； Se reduce muy poco o no aumenta la cantidad de materiales ignífugos. Pero la mayoría de los retardantes de llama a base de fosfatos también presentan algunas desventajas. Como una baja resistencia al calor, una alta volatilidad, una compatibilidad deficiente, y la producción de gotas durante la combustión, entre otros. Los principales productos de los retardantes de llama inorgánicos que contienen fósforo son el fósforo rojo como retardante de llama, los sales de amonio fosfato y el polifosfato de amonio. A medida que aumenta el uso de materiales ignífugos sin halógenos, también aumenta el uso del fósforo rojo como agente ignífugo. El efecto ignífugo del fósforo rojo es mejor que el de los fosfatos. Los retardantes de llama inorgánicos que contienen fósforo son ampliamente utilizados gracias a sus ventajas, como su buena estabilidad térmica, su falta de volatilidad, su incapacidad para generar gases corrosivos, su efecto duradero y su baja toxicidad. 4. El hidróxido de aluminio, Al(OH)3 (abreviado como ATH), se descompone entre 200 y 300 °C. La cantidad de calor absorbida en este proceso es de 1.967,8 J/g. Se trata de un agente ignífugo que reúne las tres funciones principales de retardante de llama, supresor de humo y material de relleno. Presenta las ventajas de ser no tóxico, no corrosivo, tener buena estabilidad, no volatilizarse y no producir gases tóxicos a altas temperaturas. Además, es económico y está disponible en grandes cantidades. Pero como agente ignífugo, también tiene las desventajas de una gran cantidad de relleno, una disminución en las propiedades mecánicas y una peor procesabilidad. La temperatura a la que comienza a descomponerse el Al(OH)3 coincide con el proceso por el cual el polímero pasa de estado sólido a estado líquido; por lo tanto, ayuda a evitar un aumento prematuro de la temperatura en los materiales poliméricos. Cuando la fracción en masa de Al(OH)3 añadido es del 40%, se puede reducir significativamente la velocidad de descomposición térmica del material, lo que tiene como efecto la inhibición de la propagación del fuego y la disminución de la cantidad de humo producido. 5. Hidróxido de magnesio: El hidróxido de magnesio se descompone entre 340 y 490 °C. La cantidad de calor absorbida en este proceso es de 782,9 J/g. Tiene una buena estabilidad térmica, además de ofrecer excelentes propiedades ignífugas y antihumo. Es especialmente adecuado para el procesamiento de materiales de polipropileno a altas temperaturas. El Mg(OH)2, cuando se utiliza en PP (en cantidades superiores al 50%), ofrece un buen efecto ignífugo, siendo superior al Al(OH)3. Con el mismo grado de relleno, las diferentes proporciones de hidróxido de aluminio e hidróxido de magnesio no producen diferencias significativas en su efecto ignífugo. Sin embargo, su uso combinado da mejores resultados que su uso por separado, ya que, aunque se trata de reacciones de deshidratación, existen diferencias en la temperatura de descomposición y en la cantidad de calor absorbido. El hidróxido de magnesio necesita temperaturas más altas para deshidratarse, y al mismo tiempo se produce un proceso de carbonización. Por su parte, la capacidad de absorción de calor del hidróxido de magnesio es relativamente menor, ya que su efecto para inhibir el aumento de temperatura del material no es tan eficaz como el del hidróxido de aluminio. Al utilizarlos juntos, se complementan mutuamente, lo que permite obtener un mejor rendimiento en términos de propiedades ignífugas que si se utilizan por separado. Pero el Mg(OH)2 también presenta desventajas como una baja resistencia a los ácidos, así como una mala dispersibilidad y compatibilidad; por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas variedades con mejor compatibilidad.