¿Cuáles son los últimos avances en tecnología retardante de llama en el país y en el extranjero?
Los materiales poliméricos, uno de los tres materiales principales junto con los materiales cerámicos y metálicos, se utilizan ampliamente en casi todos los aspectos del trabajo y la vida humana. Sin embargo, la mayoría de los materiales poliméricos son polímeros a base de carbono, lo que los hace altamente inflamables cuando se exponen a llamas abiertas, lo que representa una grave amenaza para la vida y la propiedad humana. Por tanto, es fundamental investigar las propiedades retardantes de llama de los polímeros.
Según las características de combustión de los materiales poliméricos, se pueden emplear varios métodos para interrumpir el proceso de combustión y lograr retardo de llama. En 1930, se descubrió y aplicó con éxito a algunos materiales poliméricos el sistema retardante de llama sinérgico de parafina clorada con óxido de antimonio. En la década de 1950, Hooker Chemical Company desarrolló poliésteres insaturados retardantes de llama utilizando monómeros reactivos que contenían ácido fosfórico clorado. Posteriormente surgieron nuevos monómeros retardantes de llama reactivos que contienen bromo y fósforo. En la década de 1980, las discusiones sobre toxicidad y cuestiones ambientales en el campo de los retardantes de llama llevaron a que los retardantes de llama libres de halógenos, supresores de humo y de baja toxicidad se convirtieran en nuevos objetivos de desarrollo. Con el rápido desarrollo de materiales poliméricos, la investigación sobre tecnología y mecanismos retardantes de llama se ha vuelto cada vez más extensa y profunda. Se han explorado varias tecnologías retardantes de llama basadas en mecanismos de interrupción del intercambio de calor en fase gaseosa, fase condensada y. En los últimos años, las tecnologías de retardantes de llama compuestos, retardantes de llama sinérgicos y retardantes de llama macromoleculares han atraído una atención significativa. Este artículo proporciona una descripción general de los avances recientes en estas tecnologías retardantes de llama tanto a nivel nacional como internacional.
I. Tecnología retardante de llama compuesta
1. Hidróxidos dobles en capas (LDH)
Los hidróxidos dobles en capas (LDH) son nanomateriales inorgánicos en capas con composiciones y estructuras similares al hidróxido de aluminio (Al(OH)₃, ATH) y al hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂, MH). Combinan las ventajas de ambos y están libres de sustancias tóxicas, lo que los convierte en retardantes de llama verdes ideales para la supresión del humo. El mecanismo retardante de llama de las LDH implica la descomposición durante la combustión en CO₂, H₂O y óxidos metálicos. El CO₂ y el H₂O diluyen los gases inflamables y el O₂, lo que reduce la temperatura de combustión, mientras que los óxidos metálicos promueven la formación de capas de carbón, aislando el O₂ y el calor, lo que ralentiza la degradación del sustrato.
2. Materiales de estructura metal-orgánicos nanoporosos (MOF)
Los MOF son materiales híbridos orgánicos-inorgánicos porosos formados por autoensamblaje de ligandos orgánicos con iones o grupos metálicos. Su diseño es flexible y su estructura es sintonizable. Modificando ligandos orgánicos o sitios de coordinación de metales, se pueden obtener MOF con propiedades específicas, lo que indica un amplio potencial de aplicación. Las estructuras de imidazolato zeolítico (ZIF), que combinan las ventajas de los MOF y las zeolitas tradicionales, se forman mediante el autoensamblaje de metales de transición con ligandos orgánicos que contienen imidazol. Son fáciles de sintetizar, estables, tienen poros regulares, estructuras diversas y alta actividad catalítica.
3. Silsesquioxanos oligoméricos poliédricos (POSS)
POSS es un novedoso retardante de llama a base de siloxano con una estructura híbrida orgánico-inorgánica. Mejora el retardo de llama al tiempo que mejora las propiedades mecánicas, de procesamiento y térmicas de los polímeros. POSS, con sus características híbridas, de jaula y nanoestructuradas, aumenta la estabilidad térmica del polímero, el retardo de llama y el rendimiento mecánico al tiempo que reduce la constante dieléctrica. POSS y sus derivados, como retardantes de llama sin halógenos, representan una categoría importante de nuevos retardantes de llama sin halógenos y se utilizan ampliamente.
4. Nanohojas de grafeno (GNS)
Los GNS son materiales nanohojas bidimensionales compuestos por una sola capa de átomos de carbono. El GNS y sus derivados exhiben excelentes propiedades retardantes de llama debido a sus nanoefectos, especialmente cuando se combinan con nanomateriales inorgánicos para formar materiales retardantes de llama versátiles. En comparación con los retardantes de llama tradicionales a base de carbono (por ejemplo, grafito, grafito expandido, grafito oxidado), la nanoestructura bidimensional única de GNS ofrece una mayor eficiencia retardante de llama. En comparación con los nanotubos de carbono, el GNS es más rentable para aplicaciones industriales.
El mecanismo retardante de llama del GNS y sus derivados incluye:
- Favorecer la formación de capas de carbón densas y continuas durante la combustión, proporcionando aislamiento físico.
- La alta superficie específica adsorbe eficazmente vapores orgánicos inflamables o dificulta su liberación y difusión.
- Los grupos activos en las superficies GNS y GO se descomponen y deshidratan a bajas temperaturas, liberando gases que absorben calor y reducen la temperatura de la matriz polimérica mientras diluyen la concentración de O₂.
- La interacción con las cadenas de polímeros forma una estructura de red tridimensional, evitando el goteo de la masa fundida y mejorando la retardación de llama.
II. Tecnología retardante de llama sinérgica
Uno de los últimos puntos críticos de investigación internacional en retardantes de llama libres de halógenos es el uso de múltiples elementos retardantes de llama para compensar las deficiencias de elementos individuales, equilibrando la dosis, el rendimiento y el costo del retardante de llama para cumplir con los crecientes requisitos ambientales y de seguridad. Los investigadores han estudiado exhaustivamente los efectos sinérgicos de varios sistemas retardantes de llama, como retardantes de llama sinérgicos de hidróxido, retardantes de llama sinérgicos de fósforo-nitrógeno, retardantes de llama sinérgicos de fósforo-silicio y sistemas retardantes de llama compuestos de nanopartículas.
1. Retardante de llama sinérgico de hidróxido metálico
Los hidróxidos metálicos, incluidos ATH y MH, se encuentran entre los retardantes de llama más respetuosos con el medio ambiente, ya que no producen sustancias nocivas durante el retardo de llama. Sus productos de descomposición pueden absorber gases nocivos y humo generados durante la combustión del polímero. Los retardantes de llama compuestos libres de halógenos comunes se clasifican en materiales en capas, compuestos que contienen fósforo y óxidos de tierras raras.
2. Retardo de llama sinérgico fósforo-nitrógeno
La sinergia fósforo-nitrógeno se ha convertido en una dirección clave en la investigación y el desarrollo de retardantes de llama a base de fósforo y nitrógeno, ofreciendo una opción respetuosa con el medio ambiente y libre de halógenos en muchos campos. El mecanismo retardante de llama implica una combinación de retardante de llama en fase condensada y en fase gaseosa. Durante la combustión, los retardantes de llama se descomponen para formar ácidos inorgánicos como el ácido fosfórico o el ácido polifosfórico, creando una capa protectora en la superficie del sustrato para aislar el aire. Al mismo tiempo, liberan gases no inflamables como amoníaco, nitrógeno, vapor de agua y óxidos de nitrógeno, bloqueando el suministro de oxígeno y logrando retardar las llamas. Por ejemplo, los retardantes de llama intumescentes sinérgicos de fósforo y nitrógeno (PEIPO) solubles en agua para espumas de PU flexibles sopladas con agua se preparan utilizando polietilenimina y precursores intermedios de fósforo.
3. Otros sistemas sinérgicos
Los retardantes de llama de hipofosfito de alquilo, conocidos por su estabilidad térmica, alto contenido de fósforo y excelente rendimiento retardante de llama, se utilizan ampliamente pero son costosos. Su rendimiento mecánico no es ideal cuando se usan solos, por lo que a menudo se combinan con nanopartículas o retardantes de llama inorgánicos. Los hipofosfitos de alquilo lineales o ramificados son los más utilizados, y el AlPi se aplica en poliésteres y poliamidas (PA). Por ejemplo, AlPi y triglicidato de trietilenglicol (TGIC) retardan la llama sinérgicamente la poliamida 6 (PA6). Cuando la fracción de masa total de AlPi y TGIC es del 11 % con una relación de masa de 97:3, se logra la clasificación UL-94 V-0 y un LOI del 30,3 %. Otro ejemplo consiste en mezclar polifosfato de amonio (APP), hipofosfito de aluminio (AHP) y cianurato de melamina (MCA) con polipropileno (PP). Cuando la masa total de retardante de llama es del 30% con una proporción de m(APP):m(AHP):m(MCA) = 4:1:1, se logra el retardo de llama ideal, con LOI del 33% y clasificación UL-94 V-0.
III. Tecnología retardante de llama macromolecular
Los retardantes de llama macromoleculares se sintetizan haciendo reaccionar químicamente retardantes de llama de moléculas pequeñas en estructuras macromoleculares, lo que da como resultado compuestos ricos en elementos retardantes de llama con buena compatibilidad con los polímeros. Por ejemplo, un retardante de llama macromolecular híbrido inorgánico-orgánico, hexa[4-(N-fenilamino-DOPO-metilen)fenoxi]ciclotrifosfaceno (DOPO-PCP), se sintetiza mediante reacciones de sustitución, condensación y adición para retardar la llama DGEBA. Otro ejemplo implica la introducción de grupos amina impedida con funciones eliminadoras de radicales libres en retardantes de llama intumescentes (IFR) para crear un retardante de llama intumescente macromolecular novedoso (HAPN), que se utiliza con APP para retardar la llama del PP.
Los retardantes de llama han evolucionado significativamente con la aplicación generalizada de materiales poliméricos. A medida que crece la conciencia ambiental, aumenta la demanda de retardantes de llama ecológicos eficientes, no tóxicos, compatibles con polímeros, de baja migración y rentables. Continuamente surgen nuevas variedades de retardantes de llama y tecnologías emergentes. Las tecnologías retardantes de llama sinérgicas y macromoleculares están avanzando hacia una mayor eficiencia, menor toxicidad y respeto al medio ambiente. Las direcciones de investigación futuras incluyen el diseño ultrafino, la microencapsulación, combinaciones sinérgicas de diferentes retardantes de llama, diseño estructural de retardantes de llama macromoleculares y tecnologías de modificación de superficies para materiales poliméricos retardantes de llama. Con el progreso continuo de la investigación, los retardantes de llama están preparados para un desarrollo vigoroso.
YINSU Flame Retardant New Material Co., Ltd. ha logrado resultados notables en el campo de los retardantes de llama. Su retardante de llama de fósforo rojo recubierto de microcápsulas adopta el proceso original de recubrimiento de microcápsulas multicapa, que se caracteriza por un alto contenido de fósforo, baja cantidad de aditivos, baja densidad de humo, etc., lo que puede reducir significativamente el costo del material y, al mismo tiempo, mejorar la dispersión y la compatibilidad, y garantizar que la apariencia del material sea plana y brillante. Además, los retardantes de llama compuestos de antimonio de YINSU Flame Retardant Company, como la serie T , no solo mantienen el efecto retardante de llama del trióxido de antimonio tradicional, sino que también reducen significativamente el costo de las materias primas, con un excelente rendimiento de procesamiento y cumplimiento ambiental, son adecuados para una amplia gama de sustratos plásticos y se usan ampliamente en alambres y cables, aparatos electrónicos y eléctricos, e interiores de automóviles y otras industrias. Con sus ventajas de retardo de llama de alta eficiencia, cumplimiento ambiental y optimización de costos, estos productos se han convertido en la opción ideal para que muchas industrias mejoren el retardo de llama de sus productos.
