Trihidrato de alúmina ATH
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Trihidrato de alúmina ATH
Uno de los enfoques más comunes para retardar el fuego un sistema polimérico libre de halógenos ha sido la adición de altas cargas de trihidrato de alúmina, que puede sufrir una deshidratación endotérmica liberando 34,6% en peso de agua en el rango de temperatura de 220 a 250°C. De bajo costo y ambientalmente aceptable, se utiliza en aplicaciones donde es técnicamente posible un alto contenido de relleno y las temperaturas de procesamiento no superan los 180°C. Para ser completamente efectivo como retardante de llama/supresor de humo, el ATH debe usarse con cargas elevadas (típicamente del 40 al 60% en peso) y, por lo tanto, es esencial que se tenga en cuenta el efecto sobre el procesamiento del polímero y las propiedades físicas. Utilizado por primera vez como retardante de llama en el respaldo de alfombras, el mayor tonelaje de ATH ahora se destina al poliéster insaturado reforzado con vidrio y otros termoestables. En aplicaciones de alambres y cables, el ATH se utiliza en PVC, polietileno de baja densidad (LDPE), terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM) y copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA). Existe una variedad de grados disponibles comercialmente, que varían desde materiales molidos gruesos hasta materiales precipitados ultrafinos. Estudios recientes han demostrado que existen importantes ventajas en el uso de una combinación de ATH y borato de zinc en una variedad de sistemas de polímeros libres de halógenos.
La función de los hidratos de metales como retardadores de llama se basa en procesos físicos y químicos. El dibujo esquemático muestra los procesos involucrados de un polímero relleno de hidróxido de metal en caso de incendio. En presencia de una fuente de ignición - una llama o un objeto caliente - tiene lugar la descomposición térmica del hidróxido metálico en óxido metálico y agua de acuerdo con las reacciones A a C:
(A) 2 Al(OH)3 + 1075 kJ/kg ➔ Al2O3 + 3H2O
(B) 2 AlOOH + 700 kJ/kg ➔ Al2O3 + H2O
(C) Mg(OH)2 + 1220 kJ/kg ➔ MgO + H2O
Durante este proceso, se resta energía al fuente de ignición, ya que la descomposición es una reacción endotérmica. Al mismo tiempo, el vapor de agua liberado enfría la superficie del polímero y diluye particularmente la concentración de gases combustibles en el área circundante. El residuo de óxido metálico restante tiene una superficie interna alta donde se absorben partículas de hollín, respectivamente hidrocarburos aromáticos policíclicos. Además, el residuo de óxido actúa como una barrera, impidiendo la liberación adicional de productos de descomposición de bajo peso molecular, así como una barrera térmica que protege al polímero contra una mayor descomposición. Dependiendo de la temperatura de descomposición del hidróxido metálico, el uso como relleno retardante de llama en compuestos de cables está restringido. Las temperaturas máximas de procesamiento oscilan entre 200°C (ATH) y 300°C para MDH y 320°C para AOH.
Al(OH)3
Aunque pueden surgir preocupaciones debido a la estabilidad térmica moderada (el ATH regular comienza a descomponerse a aproximadamente 200°C), el ATH todavía se usa en formulaciones libres de halógenos. Se necesitan cargas bastante elevadas para lograr el comportamiento frente al fuego necesario. Por tanto, la combinación con otros FR es habitual.
Alúmina monohidrato AIOOH
La transición a soldaduras sin plomo con temperaturas significativamente más altas es sin duda un desafío para ATH. Puede ser reemplazado por alúmina monohidrato (boehmita), que destaca por su estabilidad a altas temperaturas hasta 340°C. Por lo tanto, no aparece absolutamente ninguna descomposición y liberación de agua (el agua puede catalizar el CAF) durante la soldadura sin plomo. En consecuencia, los laminados producidos con boehmitas presentan estabilidades a temperaturas muy altas, lo que da como resultado productos muy confiables que son adecuados para uso a largo plazo, así como para uso a temperaturas elevadas, p. en aplicaciones de automoción ("bajo el capó"). Debido a la menor eficacia retardante de llama en comparación con ATH, se recomienda una combinación con otros sistemas epoxi a base de novolaca o FR sin halógenos.