¿Cuáles son los tipos de retardantes de llama inorgánicos?

Los retardantes de llama inorgánicos son una clase de retardantes de llama que contienen minerales que se han añadido a materiales como plásticos, caucho, pinturas y cables. Estos tipos de retardantes de llama han surgido como un reemplazo para los productos químicos que contienen halógenos y que tradicionalmente utiliza la industria.

El aspecto más destacado de estos compuestos ha sido la naturaleza respetuosa con el medio ambiente de sus reacciones en contacto con el fuego. Los retardantes de llama que contienen halógenos reaccionan con el fuego y liberan sustancias muy nocivas, mientras que los retardantes de llama inorgánicos producen cantidades mínimas de humo y liberan solo sustancias inofensivas como el agua. También son extremadamente asequibles y, por lo tanto, se utilizan ampliamente a escala industrial debido a los modernos requisitos de seguridad, que regulan la cantidad de humo y el nivel de toxicidad en interiores.

Este artículo describe en detalle variosretardantes de llama inorgánicos, explica cómo operan y ofrece consejos sobre su formulación.

Entre todos los tipos de retardantes de llama inorgánicos, los hidróxidos metálicos son los más utilizados. Estos incluyen el hidróxido de aluminio, también conocido como trihidrato de aluminio (ATH) en el sector industrial, y el hidróxido de magnesio (MDH). Ambos funcionan enfriando, pero pueden aplicarse en diferentes procesos de fabricación debido a su incapacidad para soportar altas temperaturas.

El hidróxido de aluminio es relativamente barato y se presenta en forma de polvo cristalino blanco. Una vez calentado hasta 200°C-220°C, provoca una reacción endotérmica, lo que significa que requiere mucha energía del fuego. En el transcurso del proceso, libera vapor. Este vapor ayuda a reducir la inflamabilidad de los gases, mientras que el óxido de aluminio protege el material de la ignición, creando una fina película en su superficie. Debido a su baja temperatura de descomposición, es apropiado para polímeros con bajas temperaturas de procesamiento, como PVC, PE y caucho.

El MDH se basa en el mismo concepto, aunque el MDH exhibe una estabilidad térmica muy alta. El compuesto no comienza a liberar su contenido de agua ligada hasta que se alcanza una temperatura de 340°C. Por lo tanto, es ideal para su uso en termoplásticos de ingeniería como el PP o el nailon debido a su alta estabilidad térmica.

Tanto el ATH como el MDH se utilizan ampliamente en el aislamiento de cables y alambres, materiales de construcción y electrónica debido a su excelente supresión de humos. Sin embargo, dado que dependen de la liberación física de agua para combatir el fuego, requieren altos niveles de carga, lo que a menudo representa entre el 50% y el 65% del peso total del compuesto.

Cuando se utilizan estos materiales en grandes cantidades, los minerales sin recubrimiento crearán una mala compatibilidad, lo que resultará en plásticos frágiles, así como una reducción significativa de su resistencia a la tracción. Para solucionar este problema, los fabricantes utilizan solo minerales con recubrimiento superficial. La aplicación de silanos o ácidos grasos como agentes de recubrimiento ayuda a garantizar una buena compatibilidad del relleno con el plastificante.

Cuando los hidróxidos metálicos simples no cumplen con estrictos estándares de fuego, o cuando el alto uso de estos aditivos compromete el rendimiento del material, los químicos han recurrido a otros retardantes inorgánicos. Dichos materiales a veces pueden operar según mecanismos químicos, como la carbonización, o servir como potenciadores del rendimiento.

A diferencia del efecto refrigerante de los hidróxidos, el fósforo rojo y el APP ejercen su influencia a través de reacciones de condensación y crean una capa aislante actuando físicamente. Una vez que se desarrolla un incendio, estos materiales de fósforo interactúan con el material polimérico degradado y crean un recubrimiento carbonoso espeso en su superficie. La capa sirve como barrera térmica, impidiendo el acceso de oxígeno al plástico en combustión y la fuga de vapores combustibles a la zona de la llama. El APP se emplea a menudo como ingrediente para materiales intumescentes (aquellos que se expanden con el calor), mientras que el fósforo rojo microencapsulado es un retardante de fuego excelente para aplicaciones electrónicas.

El borato de zinc es un aditivo multifuncional que se utiliza típicamente como un componente de apoyo en lugar de un retardante independiente. Cuando se calienta a alrededor de 290 °C, libera agua de hidratación, pero su principal poder es promover una capa vítrea rica en boro sobre la superficie en combustión. Esta capa de vidrio estabiliza el carbón, detiene el goteo y actúa como un supresor de humo excepcional. Con frecuencia se combina con hidróxidos metálicos para mejorar el control del resplandor posterior, lo que significa que evita que el material siga ardiendo después de que se apague la llama abierta.

El trióxido de antimonio no posee propiedades ignífugas fuertes por sí solo. En cambio, funciona como un sinergista, lo que significa que actúa como un amplificador para otros aditivos. Cuando se combina con compuestos halogenados o sistemas inorgánicos específicos, sufre reacciones en fase gaseosa que extinguen agresivamente los radicales libres en la llama. Permite a los fabricantes lograr altas calificaciones de seguridad contra incendios utilizando una concentración general más baja de aditivos.

Al trabajar con estos aditivos secundarios, la distribución del tamaño de partícula es una variable crítica. Los grados de partícula fina (típicamente por debajo de 2.5 micrones) proporcionan un área de superficie mayor, lo que aumenta drásticamente el rendimiento contra incendios y asegura un acabado superficial liso en las piezas extruidas. Sin embargo, los polvos muy finos tienen una tendencia natural a agruparse durante la mezcla. Es necesario utilizar equipos de extrusión de alto cizallamiento para garantizar una dispersión uniforme a través de la matriz polimérica.

La integración exitosa de retardantes de llama inorgánicos en una línea de producción requiere un equilibrio entre los estándares de seguridad contra incendios, la integridad del material y el costo.

El primer paso absoluto es igualar la estabilidad térmica del retardante de llama a la temperatura de procesamiento en fundido de su polímero. Intentar extruir un perfil de polipropileno a 240°C utilizando ATH estándar hará que el aditivo se descomponga dentro del cilindro de la extrusora, arruinando el lote con burbujas de vapor atrapadas. Para aplicaciones de alta temperatura, se deben especificar grados de MDH o borato de zinc con una clasificación de hasta 300°C. Por el contrario, para cubiertas de cables de PVC a baja temperatura, el ATH rentable es muy eficiente.

La principal limitación en el uso de retardantes de llama minerales es la gran cantidad que debe agregarse para cumplir criterios rigurosos como los estándares de prueba UL 94 V-0. Agregar un 60% de polvo mineral en su forma bruta a un compuesto polimérico resulta en una alta viscosidad en fundido, lo que lleva a altos requisitos de presión durante la producción y baja elongación a la rotura en el producto. Este desafío se puede superar utilizando uno de los siguientes tres métodos:

Consejo práctico: Al utilizar sinergistas de alta eficiencia como SF-600, asegúrese de que el aditivo se premezcle a fondo con otros auxiliares antes de mezclarlo con la resina. Esto garantiza una dispersión uniforme y una retardancia de llama estable en todo el lote.

A pesar de todas las dificultades mencionadas, los compuestos inorgánicos son muy valiosos cuando se utilizan para la producción en masa de diversos materiales como paneles de construcción, piezas de automóviles o cables de sistemas de tránsito. Hacen que los costos de los materiales sean bastante estables y ayudan a prevenir que los productos terminados sean objeto de posibles prohibiciones relacionadas con sustancias halogenadas. Es muy importante probar siempre sus fórmulas en lotes pequeños y ajustar el par de extrusión y las propiedades mecánicas con antelación.

Los retardantes de llama inorgánicos son un medio muy seguro y ecológico para hacer que los productos sean más resistentes al fuego. Con la ayuda de diversos fenómenos naturales como la absorción de calor endotérmico, la dilución de vapor y la creación de capas protectoras, estos materiales brindan protección a los productos sin usar halógenos. Los fabricantes de polímeros deben elegir sus ingredientes con mucho cuidado para producir productos seguros y competitivos.

Cada matriz y proceso de producción tiene características diferentes. No dude en contactar a nuestro equipo técnico hoy mismopara fichas de datos de productos, pedidos de muestras o desarrollo de fórmulas especiales para sus productos.