Aplicación de retardantes de llama poliméricos y nuevas tecnologías.

Aplicación de retardantes de llama poliméricos y nuevas tecnologías.

Con el desarrollo de la sociedad, la industria de materiales y productos químicos sintéticos se ha aplicado ampliamente en diversos campos. Sin embargo, la mayoría de los materiales químicos son inflamables y combustibles, y al arder producen humo denso y gases tóxicos, lo que representa una gran amenaza para el medio ambiente y la seguridad de la vida de las personas.

Por tanto, la demanda de materiales resistentes al fuego ha dado lugar y estimulado el rápido desarrollo de la industria retardante de llama. Desde la década de 1980, los retardantes de llama se han convertido en el material auxiliar más utilizado en materiales sintéticos, sólo superado por los plastificantes.

Según los diferentes elementos químicos retardantes de llama principales en los retardantes de llama, se pueden dividir aproximadamente en tres categorías principales: halógeno orgánico, fósforo orgánico e inorgánico. En la actualidad, el uso de retardantes de llama sin halógenos en los países desarrollados ha superado con creces el de retardantes de llama halogenados, mientras que los países en desarrollo siguen siendo la mayor zona consumidora de retardantes de llama halogenados.

Con los crecientes requisitos de las regulaciones ambientales y la mejora gradual de la salud humana y la conciencia ambiental, los retardantes de llama multifuncionales, eficientes, respetuosos con el medio ambiente y de baja toxicidad se convertirán inevitablemente en la futura tendencia de desarrollo de la industria.

I. Aplicación de retardantes de llama halogenados

Los retardantes de llama halogenados incluyen retardantes de llama bromados y retardantes de llama clorados. En términos de volumen de producción, los retardantes de llama bromados siguen siendo la mayor variedad de retardantes de llama en la industria mundial de retardantes de llama en la actualidad.

Los retardantes de llama bromados que se utilizan ampliamente actualmente incluyen principalmente las siguientes categorías:

Retardantes de llama reactivos de molécula pequeña: estos incluyen principalmente tetrabromobisfenol A, tribromofenol y éster de diglicol de anhídrido tetrabromoftálico, etc. Se utilizan principalmente para fabricar dos tipos de retardantes de llama bromados o se agregan como componentes reactivos a los materiales que serán retardantes de llama. Los materiales ignífugos se preparan mediante reacciones químicas con los materiales que serán ignífugos.

Retardantes de llama aditivos de molécula pequeña: estos incluyen principalmente decabromodifeniletano, triazina bromada, éter octabromado, éter metil octabromado y etil-bis (tetrabromoftalimida), etc.

Retardantes de llama de polímeros de alto peso molecular: debido a su buena compatibilidad con los polímeros y sus propiedades fisicoquímicas estables, son la variedad retardante de llama más respetuosa con el medio ambiente entre los retardantes de llama bromados. Incluyen principalmente: poliestireno bromado, resina epoxi bromada, SBS bromado y oligómero de policarbonato de tetrabromobisfenol A, etc.

Los retardantes de llama a base de bromo se ven favorecidos principalmente debido a su alta eficiencia retardante de llama y su precio moderado. A pesar de que producen una cantidad significativa de humo cuando se queman, estos materiales ofrecen un excelente retardo de llama, requieren menos cantidad para una protección efectiva y tienen un impacto mínimo en las propiedades de los productos en los que se utilizan. A corto plazo, mantienen una posición insustituible como pilar de los retardantes de llama, y ​​se espera que su intensa competencia con los retardantes de llama libres de halógenos persista a largo plazo.

Con los avances tecnológicos, se están realizando esfuerzos a nivel mundial para desarrollar nuevos tipos de retardantes de llama a base de bromo. Actualmente, una nueva tendencia en el desarrollo de retardantes de llama a base de bromo a nivel internacional es seguir aumentando el contenido de bromo y mejorar el peso molecular.

Por ejemplo, PB-68 de Ferro Corporation en Estados Unidos, que es principalmente poliestireno bromado con un peso molecular de 15.000 y un contenido de bromo de hasta el 68%; Acrilato de fenol polibromado desarrollado por Brominate Chemicals Fast Company y Ameribrom, que contiene hasta un 70,5% de bromo y tiene un peso molecular que oscila entre 30.000 y 80.000.

Estos retardantes de llama son particularmente adecuados para varios tipos de plásticos de ingeniería, superando significativamente a muchos retardantes de llama de moléculas pequeñas en términos de resistencia a la migración, compatibilidad, estabilidad térmica y retardo de llama. Tienen el potencial de convertirse en la próxima generación de productos actualizados.

En el futuro, el desarrollo y aplicación de nuevos retardantes de llama a base de halógenos pueden seguir estas tendencias:

(1) Para contrarrestar el impacto en el rendimiento cuando se utilizan como auxiliares de aditivos, se está desarrollando nuevos retardantes de llama a base de bromo con un excelente rendimiento integral. Por ejemplo, el poliestireno CP 44B bromado por Kemira Corporation en los Estados Unidos, que tiene una excelente fluidez y estabilidad térmica, se puede dispersar bien en materiales y proporciona al material un color brillante y duradero, ganando popularidad en el mercado.

(2) Utilizando técnicas modernas de polimerización y síntesis química, se están diseñando y sintetizando nuevos tipos de retardantes de llama a base de bromo para reemplazar a los que están restringidos o que pronto lo estarán. Por ejemplo, los copolímeros bromados preparados copolimerizando estireno con butadieno y luego agregando bromo, sirven como una alternativa a los retardantes de llama de hexabromociclododecano en poliestireno expandido.

Los retardantes de llama a base de cloro, representados principalmente por el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno clorado (CPE), tienen la importante ventaja de ser más baratos que los retardantes de llama a base de bromo, lo que los hace también ampliamente utilizados.

II. Aplicación de retardantes de llama libres de halógenos

• Retardantes de llama de fósforo inorgánico

Los retardantes de llama de fósforo inorgánico incluyen principalmente fósforo rojo, fosfato y polifosfato de amonio.

El fósforo rojo es un retardante de llama de excelente desempeño, caracterizado por su alta eficiencia, supresión de humo y baja toxicidad. Sin embargo, es propenso a la absorción de humedad y a la oxidación, lo que puede liberar gases altamente tóxicos. Su polvo puede ser explosivo y tiene un color rojo oscuro, lo que limita mucho su uso.

Para abordar estos inconvenientes, el tratamiento superficial del fósforo rojo es un importante foco de investigación, siendo la microencapsulación el método más eficaz.

El desarrollo futuro del tratamiento de superficies con fósforo rojo debería centrarse en:

1.Modificar el material encapsulante para que tenga propiedades multifuncionales como estabilidad térmica, plastificación y retardo de llama, desarrollando retardantes de llama de fósforo rojo microencapsulados multifuncionales.

2.Estudiar la combinación eficaz de varios retardantes de llama con retardantes de llama de fósforo rojo y microencapsularlos para mejorar la retardancia de llama y mejorar las propiedades mecánicas de los materiales.

3.Desarrollar tecnologías de supresión de humo, ya que la supresión de humo es más crítica que la prevención de incendios. El fósforo rojo tiene efectos supresores del humo y se pueden buscar supresores de humo adecuados para combinarlos.

El polifosfato de amonio y sus correspondientes retardantes de llama intumescentes son actualmente áreas de investigación activas en retardantes de llama a base de fósforo. El polifosfato de amonio de cadena larga (APP) tiene un alto contenido de elementos retardantes de llama P/N, buena estabilidad térmica y es casi neutro, lo que lo hace compatible con otras sustancias. Tiene propiedades retardantes de llama duraderas y se ha desarrollado rápidamente.

La APP se presenta como un polvo blanco, con una temperatura de descomposición superior a 256°C. Es soluble en agua cuando el grado de polimerización está entre 10 y 20 e insoluble en agua cuando el grado de polimerización es superior a 20. El APP es menos costoso que los retardantes de llama orgánicos, tiene baja toxicidad y buena estabilidad térmica, lo que lo hace Adecuado para uso solo o en combinación con otros retardantes de llama en plásticos.

A altas temperaturas, la APP se descompone rápidamente en amoníaco y ácido polifosfórico. El amoníaco puede diluir la concentración de oxígeno en la fase gaseosa, evitando así la combustión. El ácido polifosfórico es un fuerte agente deshidratante que puede hacer que los polímeros se deshidraten y carbonicen, formando una capa de carbono que aísla el polímero del oxígeno, evitando la combustión en la fase sólida.

El sistema retardante de llama intumescente basado en APP es un tema candente en la investigación de poliolefinas retardantes de llama sin halógenos y muestra buenas perspectivas de desarrollo en el procesamiento y modificación del polipropileno. La investigación nacional sobre el sistema retardante de llama intumescente combinado con ésteres o sales de fosfato de jaula y APP tiene buena resistencia al calor y retardo de llama.

APP tiene una amplia gama de aplicaciones y puede usarse como agente extintor de incendios a gran escala en bosques y campos petroleros, y también puede formularse en recubrimientos intumescentes ignífugos.

• Retardantes de llama organofosforados

La mayor parte del éster de fosfato es líquido, tiene poca resistencia al calor, volatilidad y la compatibilidad no es ideal en la combustión de material que gotea. Para evitar las deficiencias anteriores, el desarrollo de algunos ésteres de fosfato de tipo policondensación polimérica se ha convertido en una de las direcciones de desarrollo futuro de los retardantes de llama de éster de fosfato.

Además, el éster de fosfato que contiene nitrógeno que contiene dos elementos de nitrógeno y fósforo al mismo tiempo, el efecto retardante de llama es mejor que solo los compuestos que contienen fósforo, el sistema de éster de fosfato se ha convertido en otra dirección de desarrollo de retardantes de llama.

El fosfinato de dietil aluminio (ADP) es un producto insoluble en agua y disolventes orgánicos, pero soluble en soluciones de ácidos y bases fuertes. Tiene muchas ventajas, como alto contenido de fósforo, alta estabilidad térmica, no toxicidad, poco humo, tamaño de partícula pequeño, gravedad específica baja, buena dispersión, fácil coloración y baja densidad (1,2 kg/L). Como retardante de llama eficaz, puede usarse ampliamente en el retardo de llama de plásticos termoplásticos (como PA, PBT), fibras y textiles.

El pirofosfato de piperazina (PAPP), también conocido como piperazina de ácido polifosfórico (piperazina de ácido fosfórico concentrado), es un retardante de llama intumescente, libre de halógenos y respetuoso con el medio ambiente, diseñado con fósforo y nitrógeno como principales elementos retardantes de llama.

PAEl PP aparece como un polvo blanco y tiene características tales como alta eficiencia de carbonización, buena estabilidad térmica y bajo nivel de humo y no toxicidad. Se puede utilizar en productos retardantes de llama como polipropileno (PP), polietileno (PE), poliuretano (PU), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) y resina epoxi (EP), y tiene un gran potencial para el desarrollo futuro del mercado. .

• Retardante de llama de nitrógeno

Los retardantes de llama a base de nitrógeno se desarrollan más tarde que otros retardantes de llama, su retardo de llama no es muy bueno y se usan principalmente en combinación con otros retardantes de llama.

La adición de retardante de llama de nitrógeno puede promover la carbonización del sistema de fósforo, lo que tiene un efecto sinérgico. Además, el nitrógeno y el antimonio también tienen un efecto sinérgico.

Los retardantes de llama a base de nitrógeno incluyen principalmente melamina y cianurato de melamina, que se pueden utilizar en poliuretano y poliamida. En la actualidad, el tema principal es desarrollar retardantes de llama de nitrógeno con alto contenido de nitrógeno, dispersión a alta temperatura y combinación con polímeros.

• Retardante de llama inorgánico

El trióxido de antimo -Eficaz efecto retardante de llama.

El hidróxido de aluminio (ATH) es el más representativo entre los retardantes de llama de compuestos metálicos inorgánicos y representa más del 40% de los retardantes de llama inorgánicos. Tiene tres funciones: retardante de llama, supresión de humos y llenado, sin provocar contaminación secundaria. También puede producir un efecto sinérgico con una variedad de sustancias, no es volátil, no es tóxico, tiene baja corrosividad y es rentable.

El efecto retardante de llama del hidróxido de aluminio se produce cuando se deshidrata y absorbe calor a temperaturas superiores a 200 °C, con una capacidad de absorción de calor de 1968 J/g, lo que puede suprimir el aumento temprano de temperatura de los materiales. Sin embargo, el hidróxido de aluminio tiene la desventaja de que requiere añadirse una gran cantidad; normalmente, se debe incorporar más del 50% para lograr buenos efectos retardantes de llama.

Para superar este inconveniente, se pueden utilizar métodos como la tecnología de granulación para desarrollar partículas ultrafinas, reduciendo la distribución del tamaño de las partículas; técnicas de recubrimiento mejoradas pueden mejorar su dispersión en polímeros; y se puede aplicar tratamiento con enlaces macromoleculares. El borato de zinc también tiene un efecto retardante de llama sinérgico con el hidróxido de aluminio.

• Retardantes de llama de silicio

Los retardantes de llama a base de silicio se pueden clasificar en tipos orgánicos e inorgánicos según su composición y estructura.

Los retardantes de llama de silicio inorgánico están compuestos principalmente de SiO2, que sirve como agente reforzante y retardante de llama. El mecanismo de retardo de llama implica la formación de una capa de SiO2 cuando se quema el material polimérico, que actúa como barrera a la combustión y proporciona un efecto de protección. El SiO2 rara vez se utiliza solo y a menudo se combina con haluros para mejorar el rendimiento.

Los retardantes de llama de polímeros de silicio orgánico se caracterizan por su alta eficiencia, no toxicidad, baja emisión de humo, prevención de goteo y respeto al medio ambiente, con un impacto mínimo en las propiedades de los productos terminados. El mecanismo de retardo de llama para estos materiales implica la formación de carburo de silicio cuando el polímero se quema, lo que evita el escape de productos volátiles de la combustión, aísla el oxígeno de la resina y evita el goteo del material fundido, logrando así el objetivo de retardar la llama.

Los principales tipos de retardantes de llama de silicio orgánico incluyen aceites de silicona, resinas de silicona, cauchos de silicona y alcanolamidas organosilícicas.

El SFR100 de GE, desarrollado por General Electric en Estados Unidos, proporciona un excelente retardo de llama para poliolefinas y también mejora las propiedades mecánicas y de procesamiento de la resina. Imparte retardo de llama y supresión de humo superiores a la matriz, lo que la hace adecuada para aplicaciones con estrictos requisitos de seguridad contra incendios donde los sistemas retardantes de llama convencionales no son adecuados.

Dow Corning, una empresa conocida por sus productos de silicona, ha desarrollado un micropolvo de resina de silicona que es un retardante de llama eficaz. Se pueden utilizar diferentes grados de este producto en poliolefinas, poliésteres, poliamidas y poliestirenos.

En Japón se ha desarrollado un polisiloxano PC como una de las últimas resinas retardantes de llama sin halógenos. Ha recibido la certificación ambiental alemana 'Ángel Azul' y se está comercializando a nivel mundial entre fabricantes de la industria eléctrica y otras industrias.

YINSU Flame Retardant se especializa en brindar soluciones retardantes de llama eficientes y respetuosas con el medio ambiente, y sus productos cubren una amplia gama de retardantes de llama clave. El principal retardante de llama de fósforo rojo, después de un tratamiento superficial especial, supera las deficiencias del fósforo rojo tradicional y se caracteriza por su alta eficiencia, supresión de humo y baja toxicidad, y es adecuado para una amplia gama de materiales poliméricos.

Los sustitutos del trióxido de antimonio de la compañía brindan una opción de mejora respetuosa con el medio ambiente para los sistemas retardantes de llama halógenos tradicionales, manteniendo al mismo tiempo excelentes efectos retardantes de llama. Las series de retardantes de llama de fósforo orgánico, con su alto contenido de fósforo y buena compatibilidad, son adecuadas para una amplia gama de materiales como termoplásticos, fibras y textiles, mejorando eficazmente las propiedades retardantes de llama de los materiales. Además, los productos de agentes formadores de carbono funcionan bien para promover la formación de capas protectoras de carbono en los materiales, mejorando aún más la seguridad contra incendios de los materiales.

Los retardantes de llama de YINSU Flame Retardant se utilizan ampliamente en muchas industrias, como aparatos eléctricos y electrónicos, materiales de construcción, fabricación de automóviles, textiles, etc., ayudando a los clientes a cumplir con los estrictos estándares de seguridad contra incendios y promoviendo el desarrollo ecológico de la industria.