Hidróxidos metálicos - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

En respuesta a las preocupaciones sobre los FR halogenados, los usuarios de resinas han aumentado el uso de FR de base mineral, especialmente (di-) hidróxido de magnesio (Mg (OH) 2; MDH) y trihidrato de aluminio (o aluminio hidróxido; Al (OH) 3; ATH). Estos pueden usarse solos, juntos de forma sinérgica o en combinación con otras cargas. Los FR minerales se utilizan en PE y PP para alambres y cables, y en pisos, tejas, conductos, láminas, películas y revestimientos de paredes, junto con otras aplicaciones de construcción y no construcción. Cuando se calientan en el rango de 200-340°C (que se superpone con las temperaturas de descomposición de poliolefinas), estos materiales se descomponen, liberando agua (que constituye más del 25% de su masa), gases inertes y óxidos metálicos. La reacción es endotérmica y, por tanto, absorbe algo de calor de combustión; el agua producida diluye los gases de combustión y ayuda a sofocar la reacción; y los productos de óxido tienden a crear una capa de carbón vítreo, aislante del fuego, sobre la superficie del polímero no quemado. Además, en un grado mucho mayor que los FR halogenados, estos aditivos inhiben la producción de grandes volúmenes de humo nocivo durante la combustión. Desafortunadamente, existen al menos dos problemas importantes con estos dos FR inorgánicos:para obtener mejores resultados, deben agregarse a cargas extremadamente altas (comúnmente 60%), lo que afecta el costo, la composición y el rendimiento mecánico. Las altas cargas de MDH y ATH pueden reducir la resistencia al impacto de un plástico, y su formulación puede requerir otros aditivos para mejorar el flujo y el procesamiento de la masa fundida. Con cargas reducidas, los FR minerales aún pueden reducir el humo durante los incendios, pero pierden su efectividad general. Sus bajas temperaturas de descomposición a menudo se superponen con las temperaturas máximas de procesamiento de poliolefinas, dependiendo de la ventana de procesamiento utilizada. Este problema se puede abordar de alguna manera mediante la elección adecuada de un FR; en comparación con la baja temperatura de descomposición del ATH cercana a los 200°C, el MDH se descompone a 280-340°C. Esto tiende a hacer que el ATH sea más adecuado para poliolefinas de temperatura más baja (como PE) y el MDH más adecuado para el procesamiento de PP a temperaturas más altas. Los FR minerales también pueden reducir drásticamente el rendimiento del envejecimiento por calor a largo plazo (LTHA) de los estabilizadores térmicos de fenol y tiosinergistas impedidos. Debido al cizallamiento en el procesamiento, las temperaturas de la masa fundida locales pueden elevarse muy por encima de la temperatura de descomposición de FR, especialmente en masas fundidas de polímero de alta viscosidad que contienen cargas. Por lo tanto, otro enfoque para evitar los problemas de la baja temperatura de descomposición de FR es minimizar la temperatura de procesamiento promedio general del compuesto. Se pueden usar varios aditivos lubricantes para reducir las temperaturas de procesamiento. Por ejemplo, tanto para disminuir las temperaturas de procesamiento como para aumentar la retardancia de la llama, se han propuesto agentes de acoplamiento basados ​​en vinilsilano y químicas de titanato (sales o ésteres de titanio) como "sinergistas" para los FR minerales. En un estudio, el uso de un silano para acoplar hidróxido de magnesio al PE en un nanocompuesto resultó en el mismo retardo de llama, pero redujo los efectos negativos sobre las propiedades mecánicas, en comparación con ninguna modificación del silano. Las sinergias de rendimiento de FR también son posibles cuando una formulación de poliolefina contiene una mezcla de MDH y ATH. Mezclando MDH y ATH en una proporción de 1:2 en un PP cargado al 70% se obtiene un índice de oxígeno limitante más alto (LOI, la cantidad más baja de oxígeno en la atmósfera que apoyará la combustión). A medida que aumentan las cargas de minerales FR, la LOI tiende a aumentar bruscamente desde el valor base de PP puro del 19%. Además, el humo generado por la mezcla de PP 1:2 también fue menor que el del PP al 70% solo con MDH, y similar al del 70% de ATH. Finalmente, se estimó que el costo del paquete de formulación 1:2 era solo del 78% del costo de MDH solo.

El desarrollo de vapor es un tipo de mecanismo físico que actúa tanto en la fase condensada, es decir, sólida, como en la fase de vapor. En la práctica, se basa en aditivos que pueden enfriar el material, gracias a la degradación de estos aditivos que requiere calor (endotérmico) y, por lo tanto, conduce al enfriamiento del sustrato, y a diluir los gases combustibles que se producen porque la degradación de los compuestos produce vapor de agua. que se libera en la fase gaseosa, además, estos aditivos forman una pátina de óxido que proporciona protección al material.

Los retardantes de llama más importantes, que también se usan como cargas, son el trihidrato de aluminio (ATH) y el hidróxido de magnesio (MDH). Además, el trióxido de antimonio (ATO) se usa en grandes cantidades como sinergista con los retardantes de llama halogenados y el PVC. El hidrato de óxido de aluminio (AlOOH o Boehmite) también actúa como un sinergista junto con los fosfinatos metálicos.