Apresentação de alguns dos retardantes de chama mais utilizados em plásticos de polipropileno (PP)

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Este tópico foi editado pela última vez por “Peixe no Deserto” em 15/12/2016, às 16:27. Existem muitos tipos de retardantes de chama que podem ser utilizados no polipropileno PP. De acordo com sua composição química, eles podem ser divididos em duas categorias principais: retardantes de chama orgânicos e retardantes de chama inorgânicos； De acordo com o método de uso, são divididos em reativos e aditivos. Os retardantes de chama mais representativos são os à base de bromo, os à base de fósforo e nitrogênio, os à base de fósforo, além do hidróxido de alumínio e do hidróxido de magnésio. 1. Agente retardante de chama à base de bromo: Os agentes retardantes de chama à base de bromo tiveram um período de rápido desenvolvimento entre as décadas de 1970 e 1980. Devido à baixa energia de ligação do elo C-Br, a maioria desses agentes se decompõe entre 200 e 300°C. Essa faixa de temperatura coincide exatamente com a faixa em que o polipropileno se decompõe. Portanto, quando o polipropileno é aquecido e se decompõe, os agentes retardantes de chama à base de bromo também começam a se decompor. Realiza a decomposição e consegue capturar os radicais livres gerados nas reações de degradação, retardando ou interrompendo assim a reação em cadeia da combustão. O HBr, que é liberado ao mesmo tempo, é um gás difícil de inflamar. Esse gás tem densidade elevada, o que permite que ele cubra a superfície dos materiais, impedindo assim a entrada de gases inflamáveis naquela área e, consequentemente, inibindo a combustão dos materiais. Esses retardantes de chama também podem ser utilizados em combinação com outros compostos (como o dióxido de antímônio), permitindo que o efeito de retardamento de chama seja significativamente melhorado por meio de um efeito sinérgico. Os retardantes de chama à base de bromo desempenham um papel importante na aplicação do retardamento de chama no polipropileno. Os principais produtos atuais são o deca-bromodifenil éter, tetrabromobisfenol A, tetrabromodietileno glicol, poliestireno bromado, pentabromotolueno e hexabromociclododecano. A principal desvantagem dos retardantes de chama à base de bromo é a redução da estabilidade do material contra os raios ultravioleta. Além disso, durante a combustão, são produzidos grandes quantidades de fumaça, gases corrosivos e gases tóxicos, o que limita seu uso em determinadas aplicações. 2. Retardantes de chama à base de fósforo e nitrogênio: Os retardantes de chama à base de fósforo e nitrogênio, também conhecidos como retardantes expansivos, fazem com que os polímeros que os contêm formem, quando aquecidos, uma camada uniforme de espuma carbonosa em sua superfície. Essa camada tem a função de isolar o calor e o oxigênio, além de reduzir a geração de fumaça. Além disso, ela impede a formação de gotas derretidas, conferindo assim bons propriedades de retardo de chama. Os sistemas retardantes de chama expansivos são geralmente compostos por três componentes: uma fonte de ácido (desidratante), uma fonte de carbono (agente formador de carbono) e uma fonte de gás (fonte de nitrogênio, agente formador de espuma). Os retardantes de chama expansivos atuam como retardantes de chama no estado sólido, principalmente ao formar uma camada de carbono em forma de espuma porosa. Os retardantes de chama à base de fósforo e nitrogênio possuem as vantagens de serem sem halogênios, produzirem pouca fumaça e terem baixa toxicidade. 3. Retardantes de chama à base de fósforo: Os retardantes de chama à base de fósforo atuam inibindo a combustão, ao promoverem a desidratação e carbonização dos polímeros durante sua decomposição inicial. Este passo de desidratação e carbonização depende dos grupos funcionais contendo oxigênio presentes no próprio polímero, ou seja, em polímeros cuja estrutura já possui tais grupos funcionais. Seu efeito retardante de chama será melhor. No caso do polipropileno, como sua estrutura molecular não contém grupos oxidantes, o uso isolado de retardantes de chama à base de fósforo não oferece um bom efeito de retardamento. No entanto, quando esses retardantes são combinados com substâncias como (OH)3 e Mg(OH)2, surge um efeito sinérgico, resultando em um bom desempenho no retardamento de chama. Os retardantes de chama de fosfato orgânico mais utilizados são o trifenilfosfato, o trimetilfenilfosfato, o tris(dimetilbenzeno)fosfato, os fosfatos de propileno-benzeno e os fosfatos de butileno-benzeno. Os fosfatos se caracterizam por terem uma dupla função: retardante de chama e plastificante. Ele permite que os retardantes de chama sejam produzidos sem halogênios. Sua função de plastificante melhora a capacidade de processamento dos plásticos durante a moldagem, além de ajudar a reduzir os resíduos que restam após a combustão. São produzidos menos gases tóxicos e corrosivos em comparação com os retardantes de chama à base de halogênios. Sua principal vantagem é a alta eficiência ； Tem pouco efeito na estabilidade à luz ou no funcionamento dos estabilizantes fotônicos ； Baixa corrosividade durante o processamento e queima ； Tem um efeito que impede a reativação ； A qualidade dos materiais ignífugos quase não aumenta, ou aumenta muito pouco. Mas a maioria dos retardantes de chama à base de fosfatos também possui algumas desvantagens. Como baixa resistência ao calor, alta volatilidade, compatibilidade insatisfatória, além da produção de gotas durante a combustão. Os principais produtos de retardantes inorgânicos à base de fósforo são o retardante à base de fósforo vermelho, os sais de amônio fosfato e o polifosfato de amônio. Com o aumento no uso de materiais retardantes de chama sem halogênios, também aumenta o uso do fósforo vermelho como agente retardante de chama. O efeito retardante de chama do fósforo vermelho é melhor do que o dos fosfatos. Os retardantes de chama inorgânicos contendo fósforo são amplamente utilizados devido às suas vantagens, como boa estabilidade térmica, ausência de volatilidade, não produção de gases corrosivos, efeito duradouro e baixa toxicidade. 4. O hidróxido de alumínio, Al(OH)3 (abreviado como ATH), se decompõe entre 200 e 300°C. A quantidade de calor absorvida nesse processo é de 1.967,8 J/g. Trata-se de um agente retardante de chama que possui as três funções principais: retardar a propagação do fogo, reduzir a emissão de fumaça e atuar como material de preenchimento. Possui as vantagens de ser atóxico, não corrosivo, ter boa estabilidade, não ser volátil e não produzir gases tóxicos em altas temperaturas. Além disso, tem preço baixo e está disponível em grande quantidade. Mas, como agente retardante de chama, ele também apresenta desvantagens, como grande quantidade de material de preenchimento, diminuição das propriedades mecânicas e piorabilidade da processabilidade. A temperatura em que o Al(OH)3 começa a se decompor coincide com o processo de transição do polímero do estado sólido para o estado líquido; portanto, ele ajuda a impedir o aumento da temperatura do material polimérico em estágios iniciais. Quando a fração em massa de Al(OH)3 adicionada é de 40%, é possível reduzir significativamente a velocidade de decomposição térmica do material, o que confere propriedades flame-retardantes e diminui a quantidade de fumaça produzida. 5. Hidróxido de magnésio: O hidróxido de magnésio se decompõe entre 340 e 490°C. A energia necessária para essa decomposição é de 782,9 J/g. Ele possui boa estabilidade térmica, além de excelentes propriedades de retardante de chama e de redução da fumaça. Por isso, é especialmente adequado para o processamento de materiais de polipropileno em altas temperaturas. O Mg(OH)2, quando utilizado em PP (em quantidades superiores a 50%), apresenta um bom efeito de retardante de chama, sendo superior ao Al(OH)3. Com a mesma quantidade de material de preenchimento, as diferentes proporções de hidróxido de alumínio e hidróxido de magnésio não resultam em diferenças significativas no efeito flame-retardante. No entanto, o uso combinado dos dois é mais eficaz do que o uso isolado, pois, embora se trate de reações de desidratação, existem diferenças na temperatura de decomposição e no calor absorvido. O hidróxido de magnésio precisa de temperaturas mais altas para sofrer desidratação, e ao mesmo tempo ocorre um processo de carbonização. Já a capacidade de absorção de calor do hidróxido de magnésio é relativamente menor, pois seu efeito de inibição do aumento da temperatura do material não é tão eficaz quanto o do hidróxido de alumínio. Ao serem utilizados juntos, eles se complementam mutuamente, resultando em um desempenho de resistência ao fogo melhor do que quando são usados separadamente. Mas o Mg(OH)2 também possui desvantagens, como baixa resistência à acidez, além de problemas de dispersão e compatibilidade. Por isso, é necessário desenvolver novas variedades com melhor compatibilidade.