Quais são os Tipos de Retardadores de Chama Inorgânicos?

Retardadores de chama inorgânicos são uma classe de retardadores de chama que contêm minerais que foram adicionados a materiais como plásticos, borracha, tintas e cabos. Esses tipos de retardadores de chama surgiram como um substituto para produtos químicos contendo halogênio que são tradicionalmente usados pela indústria.

O aspecto mais proeminente destes compostos tem sido a natureza ecologicamente correta das suas reações em contato com o fogo. Retardadores de chama contendo halogênio reagem com o fogo e liberam substâncias muito prejudiciais, enquanto retardadores de chama inorgânicos produzem quantidades mínimas de fumaça e liberam apenas substâncias inofensivas, como água. Eles também são extremamente acessíveis e, portanto, amplamente utilizados em escala industrial devido aos modernos requisitos de segurança, que regulam a quantidade de fumaça e o nível de toxicidade em ambientes internos.

Este artigo descreve em detalhes vários retardadores de chama inorgânicos, explica como eles operam e fornece conselhos sobre sua composição.

Entre todos os tipos de retardadores de chama inorgânicos, os hidróxidos metálicos são os mais utilizados. Estes incluem o hidróxido de alumínio, também conhecido como tri-hidrato de alumínio (ATH) no setor industrial, e o hidróxido de magnésio (MDH). Ambos funcionam por resfriamento, mas podem ser aplicados em diferentes processos de fabricação devido à sua incapacidade de suportar altas temperaturas.

O hidróxido de alumínio é relativamente barato e vem na forma de pó cristalino branco. Uma vez aquecido a 200°C-220°C, causa uma reação endotérmica, o que significa que consome muita energia do fogo em combustão. No decorrer do processo, libera vapor. Este vapor ajuda a reduzir a inflamabilidade dos gases, enquanto o óxido de alumínio protege o material de pegar fogo, criando uma fina película em sua superfície. Devido à baixa temperatura de decomposição, é apropriado para polímeros com baixas temperaturas de processamento, como PVC, PE e borracha.

O MDH é baseado no mesmo conceito, embora o MDH apresente estabilidade térmica muito alta. O composto não começa a liberar seu conteúdo de água ligada até que uma temperatura de 340°C seja atingida. Portanto, é ideal para uso em termoplásticos de engenharia, como PP ou nylon, devido à sua alta estabilidade térmica.

Tanto o ATH quanto o MDH são amplamente utilizados em isolamento de fios e cabos, materiais de construção e eletrônicos devido à sua excelente supressão de fumaça. No entanto, como dependem da liberação física de água para combater o fogo, exigem altos níveis de carregamento — muitas vezes compondo de 50% a 65% do peso total do composto.

Ao usar esses materiais em grandes quantidades, os minerais não revestidos criarão baixa compatibilidade, resultando em plásticos frágeis, bem como uma redução significativa em sua resistência à tração. Para lidar com esse problema, os fabricantes usam apenas minerais com revestimento de superfície. A aplicação de silanos ou ácidos graxos como agentes de revestimento ajuda a garantir a boa compatibilidade da carga com o plastificante.

Quando hidróxidos metálicos simples não satisfazem normas rigorosas de inflamabilidade, ou quando o alto uso desses aditivos compromete o desempenho do material, os químicos recorreram a outros retardantes inorgânicos. Tais materiais podem, por vezes, operar de acordo com mecanismos químicos, como a carbonização, ou servir como melhoradores de desempenho.

Em contraste com o efeito de resfriamento dos hidróxidos, o fósforo vermelho e o APP exercem sua influência através de reações de condensação e criam uma camada isolante agindo fisicamente. Uma vez que um incêndio se desenvolve, esses materiais de fósforo interagem com o material polimérico degradado e criam um espesso revestimento carbonáceo em sua superfície. A camada serve como uma barreira térmica, impedindo o acesso de oxigênio ao plástico em chamas e a fuga de combustíveis vaporizados para a zona da chama. O APP é frequentemente empregado como um ingrediente para materiais intumescentes (aqueles que expandem com o calor), enquanto o fósforo vermelho microencapsulado é um retardador de fogo excelente para aplicações eletrônicas.

O borato de zinco é um aditivo multifuncional tipicamente usado como um coadjuvante, em vez de um retardador autônomo. Quando aquecido a cerca de 290°C, libera água de hidratação, mas seu principal poder é promover uma camada vítrea e rica em boro sobre a superfície em combustão. Essa camada de vidro estabiliza o carvão, impede o gotejamento e atua como um supressor de fumaça excepcional. É frequentemente associado a hidróxidos metálicos para melhorar o controle do brilho residual, o que significa que impede o material de queimar lentamente após a chama aberta ser extinta.

O trióxido de antimônio não possui fortes propriedades retardantes de chama por si só. Em vez disso, ele funciona como um sinergista, o que significa que atua como um amplificador para outros aditivos. Quando combinado com compostos halogenados ou sistemas inorgânicos específicos, ele sofre reações em fase gasosa que extinguem agressivamente os radicais livres na chama. Isso permite que os fabricantes atinjam altas classificações de segurança contra incêndio, utilizando uma concentração geral menor de aditivos.

Ao trabalhar com esses aditivos secundários, a distribuição do tamanho de partículas é uma variável crítica. Graus de partículas finas (tipicamente abaixo de 2,5 mícrons) fornecem uma área de superfície maior, o que aumenta dramaticamente o desempenho contra fogo e garante um acabamento superficial liso em peças extrudadas. No entanto, pós muito finos têm uma tendência natural de se aglomerar durante a mistura. A utilização de equipamentos de composição de alto cisalhamento é necessária para garantir a dispersão uniforme através da matriz polimérica.

Integrar com sucesso retardantes de chama inorgânicos em uma linha de produção requer o equilíbrio entre padrões de segurança contra fogo, integridade do material e custo.

O primeiro passo absoluto é igualar a estabilidade térmica do retardador de chama à temperatura de processamento em fusão do seu polímero. Tentar extrudar um perfil de Polipropileno a 240°C usando ATH padrão fará com que o aditivo se decomponha dentro do cilindro extrusor, arruinando o lote com bolhas de vapor presas. Para aplicações de alta temperatura, devem ser especificadas qualidades de MDH ou borato de zinco com classificação de até 300°C. Inversamente, para jaquetas de cabos de PVC de baixa temperatura, o ATH de baixo custo é altamente eficiente.

A principal limitação no uso de retardadores de chama minerais é a grande quantidade que deve ser adicionada para atender a critérios rigorosos, como os padrões de teste UL 94 V-0. Adicionar 60% de pó mineral em sua forma bruta a um composto polimérico resulta em alta viscosidade de fusão, levando a altos requisitos de pressão durante a produção e baixo alongamento na ruptura do produto. Esse desafio pode ser superado utilizando um dos três métodos a seguir:

Dica Prática: Ao usar sinergistas de alta eficiência como o SF-600, certifique-se de que o aditivo seja completamente pré-misturado com outros auxiliares antes de misturar com a resina. Isso garante dispersão uniforme e retardamento de chama estável em todo o lote.

Apesar de todas as dificuldades mencionadas, os compostos inorgânicos são muito valiosos quando usados para a produção em massa de vários materiais, como painéis de construção, peças de automóveis ou cabos de sistemas de trânsito. Eles tornam os custos dos materiais bastante estáveis e ajudam a evitar que os produtos acabados sejam proibidos devido a substâncias halogenadas. É muito importante testar sempre suas fórmulas em pequenos lotes e ajustar o torque de extrusão e as propriedades mecânicas com antecedência.

Retardadores de chama inorgânicos são um meio muito seguro e ecológico de tornar os produtos mais resistentes ao fogo. Com a ajuda de vários fenômenos naturais, como absorção de calor endotérmico, diluição de vapor e criação de camadas protetoras, esses materiais fornecem proteção para produtos sem o uso de halogênios. Fabricantes de polímeros devem escolher seus ingredientes com muito cuidado para produzir produtos seguros e competitivos.

Cada matriz e processo de produção possui características diferentes. Sinta-se à vontade para entrar em contato com nossa equipe técnica hojepara fichas de dados de produtos, pedidos de amostras ou desenvolvimento de fórmulas especiais para seus produtos.