Retardante mineral
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Los retardantes de llama de relleno mineral
Hay una diferenciación entre retardadores de llama de relleno mineral y retardadores de llama aditivos. Tras una breve mirada a la cuota de mercado de los retardantes de llama de carga mineral, se destacan los productos más relevantes según su composición química, procesos de fabricación, características físicas y su impacto en las propiedades del material polimérico. El principio de funcionamiento de los retardadores de llama de relleno mineral y la correlación de los parámetros de relleno más importantes con el rendimiento del retardante de llama es una parte importante de este capítulo. La segunda parte ofrece una descripción general de las aplicaciones y desarrollos más importantes. Se discuten las especificaciones de procesamiento para polímeros altamente llenos y se dan ejemplos de formulaciones compuestas. Se han considerado ejemplos de aplicaciones de la mayor importancia comercial y nuevos desarrollos. Palabras clave: relleno mineral, hidrato de metal, relleno funcional, tamaño de partícula, área de superficie, nivel de carga, densidad aparente, fluidez, composición, acoplamiento, propiedades mecánicas, absorción de agua, descomposición endotérmica, supresión de humo.
Retardadores de llama mineral
La definición son compuestos inorgánicos y cargas funcionales. Muestran su función de retardar la ignición y la propagación de la llama mediante un proceso quimio-físico inducido bajo las condiciones de una fuente de ignición o un incendio inicial. Los rellenos inertes, por el contrario, no actúan como retardadores de llama, sino que adelgazan la masa orgánica combustible de un material compuesto. Solo en casos muy raros, un retardante de llama mineral también proporciona ahorros de costos, para lo cual se usa a propósito tiza (carbonato de calcio). El término "relleno", que a veces se utiliza falsamente como sinónimo de ahorro de costes, debería diferenciarse más correctamente del término "aditivo" por la carga utilizada en los polímeros. Cuando se utiliza como una solución retardante de llama única, los rellenos minerales deben utilizarse a un mínimo del 40% en peso (peso) - por ciento (-%), más comúnmente al 55 - 65% en peso y, a veces, incluso hasta el 80% en peso, dependiendo de la matriz polimérica y del estándar retardante de llama requerido. Sin embargo, existen excepciones. Cuando se usa como co-retardante de llama o sinérgico, los minerales se encuentran en niveles de adición mucho más bajos, a veces tan bajos como 1-2% en peso. Los aditivos retardadores de llama, por otro lado, se utilizan normalmente en cargas que oscilan entre el 5 y el 30% en peso. Debido a las densidades físicas más altas de los minerales, la carga de% en peso más alta en comparación con los aditivos retardadores de llama orgánicos a menudo se iguala cuando se trata de cargas porcentuales en volumen. Los compuestos orgánicos, como la mayoría de los polímeros, tienen densidades físicas en el rango de 1 a 1,2 g/cm3, mientras que la mayoría de los minerales tienen densidades entre 2 y 5 g/cm3. No obstante, la incorporación de cargas minerales en cargas típicas de% en peso requiere procesos poliméricos especializados, por último pero no menos importante debido a la densidad aparente relativamente baja de algunos polvos minerales. El polvo es la forma típica en la que se procesan las cargas retardantes de llama. Los masterbatches rara vez se elaboran a partir de rellenos minerales retardadores de llama. El efecto de dilución relativamente moderado desde el masterbatch hasta la carga de uso final no justifica el paso adicional del proceso de producción del masterbatch. Se supone que los rellenos se desintegran en un estado bien disperso cuando se mezclan con polímeros líquidos o fundidos, y no se disuelven en sus matrices orgánicas. Los efectos interfaciales entre la superficie mineral y la matriz son, por tanto, cruciales para todas las propiedades físicas.
Importancia industrial de los retardantes de llama minerales
Los retardadores de llama de relleno mineral o los retardadores de llama inorgánicos son el grupo más importante de retardadores de fuego en términos de volumen. Se puede realizar una clasificación básica agrupando los retardadores de llama de relleno mineral en minerales naturales y minerales sintéticos. Todos los retardantes de llama minerales se basan originalmente en minerales minerales, pero el término retardadores de llama minerales naturales se utiliza para productos que se producen por separación mecánica de minerales y procesos de desintegración mecánica subsiguientes. Por el contrario, los retardadores de llama minerales sintéticos siempre se fabrican mediante procesos de producción química.
Retardantes de llama de relleno mineral por química
Todos los retardadores de llama de mineral de importancia industrial son óxidos, sulfuros, hidróxidos, carbonatos, boratos, estannatos o sales mixtas de estos aniones a base de aluminio, magnesio y zinc. El trióxido de antimonio (ATO) es un sinergista de compuestos halogenados solamente y no un aditivo independiente. El borato de zinc tiene varias modificaciones y también se utilizan otros compuestos inorgánicos de boro. Además, los silicatos en capas hidratados y las variantes modificadas orgánicamente.
Los hidróxidos metálicos son, con mucho, el grupo más importante de retardadores de llama minerales. El término hidrato de metal químicamente incorrecto se usa con más frecuencia en la industria y, por lo tanto, se usa como sinónimo en este capítulo. El trihidrato de aluminio, ATH, contiene tres grupos hidroxilo por átomo de aluminio. El otro compuesto retardante de llama de aluminio de relevancia industrial, la boehmita, es un óxido de hidróxido de aluminio (abreviado AOH), que tiene solo un grupo hidroxilo por molécula y, en consecuencia, una pérdida por ignición de solo el 17% frente al 34,6% del ATH. El hidrato de magnesio existe solo como dihidróxido (abreviado MDH), y tiene una pérdida por ignición del 31% de su masa. Si bien todos los hidratos de aluminio se producen mediante una síntesis química conocida como proceso Bayer, los retardantes de llama MDH pueden producirse mediante rutas sintéticas o se basan en minerales naturales llamados brucita. Los productos Th y posteriores también se denominan MDH natural. Otros retardadores de llama minerales de importancia industrial son las mezclas de huntita e hidromagnesita. Ambos productos se presentan como mezclas naturales. Huntite es un carbonato de calcio y magnesio que libera dióxido de carbono (CO2) a una temperatura superior a 450°C. La hidromagnesita es un carbonato de magnesio hidratado que libera agua por encima de 220°C. La pérdida total por ignición hasta 1100°C está en el rango de 41 - 43%. Todos los retardadores de llama a base de zinc son productos químicos sintéticos. La modificación más importante de borato de zinc utilizada como retardante de llama es una versión hidratada con una pérdida por ignición del 15,5%. La deshidratación comienza a 290°C. Los estannatos de zinc están disponibles en una versión no hidratada, estable hasta 560°C, mientras que la versión hidratada, hidroxi estannato de zinc, comienza a desprender agua a 200°C. Los boratos de zinc y los estannatos de zinc también se han aplicado como revestimiento mineral en vehículos ATH y MDH, pero estos productos son hasta ahora comercialmente insignificantes.
Hidróxido de aluminio y hidróxido de magnesio
Los dos compuestos retardadores de llama minerales más importantes también tienen una importancia industrial significativa. El hidróxido de aluminio y el dihidróxido de magnesio o el hidróxido de magnesio (MDH) son, con mucho, los retardadores de llama de hidróxido de metal más importantes, pero lo que es más importante, son productos químicos de materias primas de gran volumen que se utilizan en muchas industrias diferentes. El hidróxido de aluminio se produce a partir del mineral bauxita mediante el llamado proceso Bayer. La bauxita triturada se digiere en licor de hidróxido de sodio para formar aluminato de sodio a partir del cual se separan los ingredientes insolubles del mineral de bauxita, como el llamado lodo rojo. El aluminato de sodio se siembra para cristalizar hidróxido de aluminio. Este producto se llama ATH de grado químico o hidrato húmedo, lo que significa que el producto se ha filtrado pero no se ha secado. Los hidratos húmedos tienen niveles de humedad remanentes de 5 a 10% y tamaños medios de partículas de aproximadamente 100 micrones (μm). La mayor parte de este tipo de ATH no se utiliza en aplicaciones químicas, sino que se calcina a alúmina. De nuevo, la mayor parte de la alúmina se utiliza como alúmina de fundición en la producción de aluminio metálico mediante electrólisis en estado fundido. La producción de sulfato de aluminio es el mercado más importante por volumen, seguido del cloruro de aluminio. El sulfato de aluminio se utiliza como coadyuvante de retención en la fabricación de papel, como coagulante en la depuración de agua y también como aditivo alimentario. El cloruro de aluminio es un ácido de Lewis fuerte y se utiliza como catalizador químico. Los cloruros de poli aluminio se utilizan como fl oculantes en el tratamiento de aguas residuales y como desodorantes o antitranspirantes. Solo el 14% de todo el ATH, alrededor de 675 Tto, se ha utilizado en aplicaciones retardantes de llama. Este volumen es ligeramente superior a los volúmenes identificados por los dos estudios de mercado. El hidróxido de magnesio (MDH) también está fuertemente vinculado a su correspondiente industria de óxidos. Los mercados de óxido de magnesio o magnesia se dividen en magnesia calcinada a muerte (DBM), magnesia calcinada cáustica (CCM) y magnesia electrofundida (EFM). En 2012 se produjeron aproximadamente 10 Mto de magnesia. Esto es aproximadamente el 10% del volumen de alúmina producida. DBM y EFM se utilizan exclusivamente en aplicaciones refractarias. Solo CCM, que es aproximadamente el 10% de toda la magnesia, se utiliza para la producción de otros productos químicos de magnesio. Esto se debe a su área superficial específica relativamente alta, lo que da como resultado una buena reactividad. El CCM como tal se utiliza en pequeños volúmenes para formulaciones de caucho como acelerador de reacciones de curado y como modificador de reología. El hidróxido de magnesio (MDH) producido a partir de CCM y utilizado como retardante de llama representa la aplicación de polímero más importante. Otros retardadores de llama también incluye fósforo inorgánico a base de nitrógeno (fósforo rojo, Pred, y polifosfato de amonio, APP). En el caso del estudio Ceresena, los compuestos de boro también se incluyen, mientras que se enumeran como su propia categoría en el estudio Freedonia. Los retardadores de llama de relleno mineral que pertenecen a esta categoría incluyen MDH (sintético y natural), otros rellenos naturales, como mezclas de huntita / hidromagnesitas, y especialidades, como zinc-hidroxi-estannatos y boehmitas. Debido a la falta de cifras del mercado público, el autor trató de elaborar el volumen de mercado de MDH basándose en la inteligencia de mercado de su empleador. En comparación con el ATH, el volumen total de retardante de llama MDH es aproximadamente sólo del 7-8% del ATH.