Hidróxidos metálicos
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ATH y MDH
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.
Mecanismo de desarrollo de vapor
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.
Inorgánico
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.
Hidróxidos metálicos
Los aditivos más conocidos que pertenecen a esta categoría son los hidróxidos metálicos: hidróxido de magnesio (Mg (OH) 2), hidróxido de aluminio (Al (OH) 2 x 3H2O) e hidróxido de aluminio monohidrato (AlOOH x H2O). Cada hidróxido tiene una temperatura de degradación diferente que, de hecho, determina la posibilidad de aplicarlo o no a ciertos sustratos poliméricos; El hidróxido de aluminio, por ejemplo, se descompone alrededor de 180 ° C y, por lo tanto, se usa con polímeros que tienen temperaturas de procesamiento relativamente bajas, mientras que el hidróxido de magnesio se descompone alrededor de 330 ° C y, por lo tanto, tiene un rango de uso teóricamente mayor. Pero tiene menos eficiencia.
Trihidróxido de aluminio (ATH)
El peso molecular del compuesto cristalino trihidróxido de aluminio (ATH) asciende a 78 Dalton y corresponde a la fórmula química Al (OH) 3. La estructura del ATH cristalino puede describirse como una célula elemental monoclínica con un entorno octohidrónico de un átomo de Al con seis grupos OH, donde cada átomo de Al pertenece a dos átomos de Al. El compuesto no se fusiona sin descomponerse: como compuesto inorgánico, el ATH no es combustible. Cuando se calienta a temperaturas de hasta> 200ºC, el agua se separa mientras se forman óxidos de aluminio hidratados. ATH se utiliza como un retardador de llama mineral, ya sea directamente o con una cubierta de plástico en una amplia gama de látex, termoplásticos y duros.
Trióxido de antimonio (ATO)
El trióxido de antimonio es un sinergista ignífugo, no retardante de llama, para retardantes de llama halogenados o polímeros que contienen halógeno, lo que aumenta la efectividad de los retardantes de llama halogenados o actúa de manera retardante de llama en combinación con halógeno de halogenados polímeros. El ATO está disponible en el comercio en forma humedecida o pegada (debido a los peligros del polvo y la sospecha de propiedades cancerígenas), así como encapsulado o como parte de un lote maestro. ATO se utiliza además en la industria del esmalte (opacificador) y en la industria del vidrio (agente de refinación), y también en la fabricación de fibras de vidrio. El trióxido de antimonio es un compuesto incoloro y cristalino que se vuelve amarillo mientras se calienta. El compuesto funde a 656 ° C y hierve a 1556 ° C bajo presión normal. El peso molecular del compuesto registrado con el número CAS. 1309-64-4 es 291.5 Dalton. Modo de acción: ATO es térmicamente muy estable (punto de fusión 656 ° C). Las reacciones que se encuentran en la base de la sinergia entre el trióxido de antimonio y el halógeno no se han aclarado completamente. La opinión general es que la sinergia durante el retardo de la llama se basa en un mecanismo de fase gaseosa, en primera instancia, pero también en la promoción de la carbonización en la fase sólida y la inhibición del acceso de oxígeno a la zona de fuego, cubriéndola con vapores pesados. así como un enfriamiento del material en llamas por medio de una formación gradual de productos de antimonio-halógeno. En caso de incendio, no solo se liberan ATO en sí, sino también haluros de antimonio (s. A.). ATO no es ignífugo. Es, como un polvo inorgánico, usado junto con el bromo y los retardantes de llama que contienen cloro como sinergista que, en caso de incendio, reacciona en haluros de antimonio que inhiben el fuego. Sinergia, aditividad: como regla, el ATO se usa junto con retardantes de llama halogenados, mientras que los retardantes de llama halogenados también se pueden utilizar sin ATO como sinérgico. Por el contrario, existen áreas de aplicación de ATO como inhibidor de llama (en polímeros que contienen halógeno), donde no se agregan retardantes de llama. Áreas de aplicación: ATO es un sinergista ignífugo para retardantes de llama halogenados en termoplásticos, en menor medida en duroplásticos, y no en espuma de poliestireno y poliuretano. Además se aplica en compuestos flexibles de PVC.
Sinérgicos alternativo
En los últimos años se han desarrollado muchos sistemas sinérgicos basados en fósforo y nitrógeno, hidróxidos metálicos y sales. Algunos ejemplos son la sinergia entre los fosfinatos metálicos y el polifosfato de melamina, así como el hidrato de óxido de aluminio (boehmita) o los fosfatos de polimetal de melamina.