¿Cómo elegir el retardante de llama adecuado? Estos son los factores a considerar...
En las dos entregas anteriores, exploramos sistemáticamente las características principales, las principales clasificaciones y los escenarios de aplicación típicos de los retardantes de llama en plásticos modificados.
Soluciones retardantes de llama para plásticos modificados (Parte 1): características del producto + escenarios de aplicación, explicados en un artículo
Soluciones retardantes de llama para plásticos modificados (Parte 2): categorías principales libres de halógenos + nanotecnología emergente
Después de comprender estos fundamentos, seleccionar el retardante de llama más adecuado para un producto y proceso específico se convierte en una decisión crítica para los ingenieros y el personal de I+D. Esta entrega se centrará en la lógica de selección de retardantes de llama y proporcionará una guía de detección clara y práctica desde múltiples dimensiones, incluidos los requisitos de aplicación, el equilibrio de rendimiento, el control de costos y la adaptabilidad del procesamiento.
La elección de un retardante de llama depende de:
El tipo de escenario de aplicación.
Las normas específicas de retardo de llama que se deben cumplir.
Las normas pertinentes que deben cumplirse.
También se deben considerar muchas otras cuestiones al seleccionar el sistema retardante de llama óptimo para un uso particular.
I. Criterios de selección de retardantes de llama bromados
Factores que influyen en la selección de retardantes de llama bromados
1. Tipo y contenido de bromo
Para que un retardante de llama bromado seleccionado sea eficaz, debe descomponerse cuando el polímero se quema y, al mismo tiempo, permanecer estable durante el procesamiento del polímero. Este requisito dicta el tipo de bromo en el retardante de llama. Además, el retardante debe contener suficiente contenido de bromo para lograr el rendimiento retardante de llama requerido, y el nivel de adición no debe afectar negativamente a las propiedades físicas del material ni al costo del sistema.
2. Estabilidad térmica
El retardante de llama bromado seleccionado debe permanecer estable durante la composición y el moldeo por inyección. La descomposición durante estos procesos puede provocar decoloración del material, degradación del polímero y corrosión del equipo. Por lo tanto, es fundamental seleccionar el retardante adecuado y combinarlo con los estabilizadores térmicos y sinérgicos necesarios.
3. Características de envejecimiento
Es posible que el sistema de resina deba resistir diversos factores que causan degradación y decoloración prematuras. Al seleccionar el retardante de llama más adecuado y los estabilizadores necesarios para un sistema específico, se deben considerar exhaustivamente factores como la resistencia a los rayos UV, la estabilidad térmica y la migración.
4. Características de procesamiento
Dependiendo de la temperatura de procesamiento, algunos retardantes de llama se pueden mezclar en estado fundido, mientras que otros se usan como cargas. Esta diferencia impacta el procesamiento y las propiedades físicas del producto final.
5. Normas a cumplir
La selección de un retardante de llama depende en gran medida del sistema de resina elegido y de las normas que deben cumplirse.
6. Costo de uso
Se debe considerar el costo total de todo el sistema retardante de llama. Esto depende no sólo del precio del retardante de llama bromado en sí y de su carga requerida, sino también del costo de otros aditivos necesarios junto con él para construir un sistema funcional.
7. Consideraciones medioambientales
El uso de retardantes de llama bromados conlleva limitaciones medioambientales específicas. Una cuestión fundamental es la reducción de los peligros tóxicos a lo largo de todo el ciclo de vida, desde la fabricación y el uso final hasta la eliminación.
8. Resistencia a la floración
La floración se refiere al fenómeno en el que el retardante de llama migra lentamente a la superficie del plástico, provocando una apariencia turbia, a menudo con un color parecido al bronce. Esto es especialmente indeseable para componentes que también cumplen funciones estéticas, como carcasas y carcasas. Por lo tanto, la resistencia a la floración es una consideración clave en muchas aplicaciones.
Generalmente, la gravedad del florecimiento depende de la compatibilidad del retardante de llama con la matriz polimérica y del peso molecular del retardante: una mejor compatibilidad y un mayor peso molecular dan como resultado un menor florecimiento.
9. Estabilidad a los rayos UV
En muchas aplicaciones, es posible que las resinas retardantes de llama deban resistir diversas condiciones ambientales que pueden provocar fácilmente una degradación y decoloración prematuras. Por lo tanto, seleccionar un retardante de llama bromado apropiado es crucial para aplicaciones que requieren resistencia a los rayos UV, como los usos en exteriores.
II. Criterios de selección
de hidróxido de aluminio (ATH) e hidróxido de magnesio (MDH)
Al seleccionar productos de hidróxido de aluminio (ATH) o hidróxido de magnesio (MDH) para una formulación retardante de llama, se deben enfatizar los siguientes parámetros clave del material:
Tamaño medio de partícula.
Distribución del tamaño de partículas.
Área de superficie específica.
Morfología de partículas.
Química de Superficies.
Color.
Estas características del producto (de los materiales base) influirán directamente en el proceso de composición y en las propiedades finales del compuesto.
1. Comparación de propiedades físicas
2. Comparación de la estabilidad térmica
La siguiente figura compara las características de descomposición térmica del hidróxido de aluminio (ATH) y el hidróxido de magnesio (MDH):
Por lo tanto, el hidróxido de magnesio tiene una mayor estabilidad térmica, lo que proporciona una ventana de temperatura más amplia para la composición. El hidróxido de aluminio es adecuado para termoestables, que normalmente se procesan por debajo de 200 °C, así como para algunos compuestos plásticos a base de PVC y poliolefina.
Se prefiere el hidróxido de magnesio al formular compuestos plásticos que deben procesarse a temperaturas superiores a 220 °C (428 °F) o cerca de ellas, por ejemplo, polipropileno y termoplásticos de ingeniería. El uso de hidróxido de magnesio para termoplásticos o elastómeros de bajo punto de fusión también puede permitir temperaturas de procesamiento más altas y un mayor rendimiento de composición.
Cuando se calientan y se descomponen, tanto el hidróxido de aluminio como el hidróxido de magnesio liberan agua de cristalización: por un lado, enfrían la matriz polimérica y, por otro, diluyen el humo producido por la combustión (el ATH libera alrededor del 35% de su peso en forma de agua, el MDH alrededor del 31%). Al mismo tiempo, sus procesos de descomposición endotérmica eliminan una cantidad significativa de calor, suprimiendo aún más la reacción de combustión. Por unidad de peso, el hidróxido de magnesio absorbe más calor (328 cal/g) que el hidróxido de aluminio (280 cal/g), lo que lo hace más eficiente en escenarios de alta temperatura.
3. Carga de relleno
Para lograr el efecto retardante de llama esperado, la carga de hidróxido de aluminio (ATH) e hidróxido de magnesio (MDH) generalmente debe alcanzar alrededor de 150 phr (60 % en peso). Sin embargo, los altos niveles de carga pueden conducir fácilmente a una procesabilidad reducida y a comprometer las propiedades mecánicas (como la resistencia a la tracción, la resistencia al impacto) y las propiedades físicas (como la tenacidad y la resistencia a la intemperie).
Aunque las cargas de hidróxido son menos costosas por unidad que la mayoría de los otros tipos de retardantes de llama, la ventaja integral de costos no es significativa debido a la alta carga requerida. Para abordar esto, la industria normalmente adopta las siguientes soluciones:
Uso de aditivos sinérgicos: Agregar aditivos sinérgicos a los rellenos de hidróxido metálico hidratado puede reducir la carga del relleno sin comprometer el rendimiento del retardante de llama, mitigando la disminución de la procesabilidad y las propiedades mecánicas.
Tratamiento de modificación de la superficie: el tratamiento de la superficie de cargas de hidróxido con organosilanos, circonatos o titanatos puede mejorar su compatibilidad con la matriz polimérica, aumentando así su eficiencia de uso.
Uso combinado: Existe un efecto sinérgico entre el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio. Cuando la carga total permanece sin cambios, combinarlos puede mejorar el rendimiento del retardante de llama, o cuando el rendimiento del retardante de llama permanece sin cambios, puede reducir la carga total. Además, la combinación de hidróxidos metálicos complejos con ATH/MDH también puede mejorar aún más el efecto retardante de llama.
Ventajas de la aplicación de hidróxidos metálicos complejos
En pruebas de extrusión, al reemplazar el MDH puro con mezclas de MDH/ATH en diferentes proporciones se lograron las siguientes optimizaciones de procesamiento:
La presión del troquel se redujo entre un 15% y un 20%.
El par se redujo entre un 16% y un 21%, lo que reduce el consumo de energía.
El uso de mezclas de hidróxido de aluminio/hidróxido de magnesio y retardantes de llama minerales sinérgicos puede reducir los costos. La clasificación de precios de varios aditivos relacionados, de mayor a menor, es: Polipropileno > MDH > ATH > Masillas blancas comunes.
Aprovechar esta diferencia de precio y el efecto sinérgico de la combinación permite lograr un buen equilibrio entre el rendimiento del retardante de llama, las propiedades físicas/mecánicas y el costo, logrando típicamente ahorros de costos del 25 % al 30 %.
Como se muestra específicamente en la siguiente figura: La leyenda es grupo de control MDH, mezcla MDH/ATH, mezcla MDH/ATH/caolín, mezcla MDH/ATH/carbonato de calcio. El eje horizontal es el índice de costos, que va de 0 a 150.
En este punto, puede determinar preliminarmente el tipo de retardante de llama según el escenario de aplicación. Sin embargo, aún es necesaria una mayor verificación de la compatibilidad entre este retardante de llama y la matriz plástica de su formulación. La selección final debe coincidir simultáneamente con las características de procesamiento, el rendimiento en uso y los requisitos de retardo de llama del polímero.
