Tecnología ignífuga del material aislante de espuma rígida de poliuretano
I. Proceso de combustión del material aislante de espuma rígida de poliuretano .
El proceso de combustión del material aislante de espuma rígida de poliuretano y el proceso de combustión general del material polimérico son similares y se pueden dividir aproximadamente en cinco etapas:
II. Tecnologías retardantes de llama comunes para materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido
En la actualidad, los principales enfoques técnicos para lograr el retardo de llama de materiales poliméricos incluyen tecnología de inhibición de degradación y oxidación, tecnología de retardo de llama catalítico, tecnología de reducción de humo, tecnología de retardo de llama gaseoso, tecnología de capa de carbono termoaislante, tecnología de modificación de injertos y reticulación, y tecnología de enfriamiento y reducción de temperatura.
III. Existen tres métodos principales para retardar la llama de materiales de poliuretano:
1. Agregar compuestos que contienen elementos como cloro, bromo y fósforo durante la síntesis, que se conocen comúnmente como aditivos retardantes de llama.
2. Introducir átomos como cloro, bromo, fósforo y antimonio en los enlaces de isocianato o poliol orgánico en las materias primas para producir espumas plásticas retardantes de llama inherentes, denominadas retardantes de llama reactivos.
3. Incorporar grupos con alta resistencia al calor en materiales de poliuretano para mejorar su retardo de llama.
IV. Retardantes de llama aditivos
Los aditivos retardantes de llama se dispersan físicamente en la matriz de poliuretano sin sufrir reacciones químicas con la matriz o sus materias primas reactivas. Actualmente se utilizan ampliamente en aplicaciones retardantes de llama para materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido y están disponibles en forma líquida y sólida. Los retardantes de llama líquidos tienen poca estabilidad y su retardo de llama disminuye con el tiempo. Sin embargo, ofrecen una amplia gama de selección, son fáciles de usar, tienen un impacto mínimo en las reacciones de la espuma de poliuretano, son económicos y tienen un proceso simple, por lo que siguen siendo importantes retardantes de llama para materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido.
Los retardantes de llama aditivos se pueden dividir en retardantes de llama aditivos orgánicos y retardantes de llama aditivos inorgánicos. Los retardantes de llama aditivos inorgánicos incluyen principalmente óxido de antimonio, hidróxido de aluminio (ATH), fosfato de amonio, boratos, grafito expandible, etc. Los retardantes de llama aditivos orgánicos consisten principalmente en tris (2 - cloropropil) fosfato (TCPP), tris (2 - cloroetil) fosfato (TCEP), tris (dicloropropil) fosfato (TDCPP), tetra (2 - cloroetil) etilendiamina difosfato, dimetilmetilfosfonato (DMMP), éteres de difenilo polibromados, etc.
1. Retardantes de llama de aditivos inorgánicos
Los retardantes de llama inorgánicos normalmente implican llenar la matriz del material aislante de espuma de poliuretano rígida con compuestos inorgánicos. Al calentarse, estos compuestos se descomponen y absorben una gran cantidad de calor, logrando retardar la llama. Las ventajas de los retardantes de llama aditivos inorgánicos son baja toxicidad, no volatilidad, buena estabilidad térmica, no extracción, efectos retardantes de llama persistentes, bajo costo y baja generación de humo. Sin embargo, sus desventajas incluyen el impacto de la dosis y el tamaño de las partículas en el retardo de llama y las propiedades físicas del material, así como una tendencia a reducir las propiedades de formación y procesamiento y las propiedades físicas de los polímeros. Estos retardantes de llama son generalmente sólidos, tienen fuerte polaridad e hidrofilicidad y tienen poca compatibilidad con materiales poliméricos no polares. Su interacción interfacial con la matriz del material aislante de espuma de poliuretano rígida es deficiente, lo que dificulta la formación de una buena unión y adhesión. Algunos retardantes de llama pueden afectar significativamente el rendimiento retardante de llama de los materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido cuando se agregan directamente. Por lo tanto, se requiere un tratamiento químico de estos retardantes de llama, como modificación de la superficie, procesamiento ultrafino y enlaces macromoleculares. Esto puede reducir la dosis de retardantes de llama, disminuir la generación de humo y mejorar el rendimiento de los productos de espuma plástica.
2. Retardantes de llama de aditivos orgánicos
Los retardantes de llama de aditivos orgánicos comunes son compuestos orgánicos que contienen elementos retardantes de llama como fósforo, bromo, cloro y nitrógeno. Entre ellos, los compuestos orgánicos de fósforo se utilizan ampliamente en la investigación de retardantes de llama de materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido. Ofrecen alta eficiencia retardante de llama, baja viscosidad, buena compatibilidad con poliéter polioles, estabilidad térmica moderada y resistencia a la 'coquización'.
El tris (2 - cloroetil) fosfato (TCEP) fue una de las primeras y más rentables variedades utilizadas en materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido. Sin embargo, es propenso a la migración y la volatilización, lo que resulta en una mala persistencia del retardante de llama. Para reducir las pérdidas por volatilización, se pueden seleccionar (poli)fosfatos altamente clorados y fosfatos oligoméricos de alta masa molar, tales como tris(dicloropropil)fosfato y bifosfonatos halogenados. Agregar hasta un 20 % de fosfato de tris (2,2 - dicloropropilo) a una formulación de espuma rígida puede aumentar el índice de oxígeno de la espuma al 26 %.
Los investigadores estudiaron el uso de metilfosfonato de dimetilo (DMMP) como retardante de llama para mejorar la retardación de llama de los materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido. DMMP es un retardante de llama líquido libre de halógenos y con alto contenido de fósforo, con una fracción de masa de fósforo de hasta el 25%. Por tanto, se requiere una pequeña cantidad. Agregar un 5% a la espuma rígida proporciona el mismo efecto retardante de llama que agregar un 14% de TCEP o un 18% de tris (2,3 - dicloropropil) fosfato.
V. Efectos sinérgicos de los retardantes de llama
En el sistema retardante de llama de materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido, un sistema sinérgico de uso común combina retardantes de llama sólidos y líquidos. Dado que los retardantes de llama sólidos aumentan la viscosidad del material mientras que los líquidos la disminuyen, su uso combinado puede ajustar la viscosidad de los materiales reactivos, lo que da como resultado materiales aislantes de espuma de poliuretano rígidos altamente retardantes de llama.
VI. Retardantes de llama reactivos
Los retardantes de llama reactivos incorporan elementos retardantes de llama en la reacción sintética del poliuretano, haciéndolos parte de la estructura de cadena principal del material de poliuretano. Esto confiere a los materiales aislantes de espuma de poliuretano rígidas excelentes propiedades retardantes de llama. Los principales elementos ignífugos son los halógenos, el fósforo, el antimonio, etc. Los dioles que contienen fósforo y/o halógenos o los ésteres ciánicos que contienen cloro o bromo son retardadores de llama reactivos para el poliuretano. En la formulación para producir materiales aislantes de espuma de poliuretano rígido, agregar compuestos multihidroxi con elementos retardantes de llama tales como fósforo, cloro, bromo, boro y helio, o introducir elementos retardantes de llama en las moléculas de poliéter poliol o isocianato utilizadas en la producción de espuma de poliuretano rígida, incorpora elementos retardantes de llama en las moléculas de espuma de poliuretano rígida. Esto logra retardo de llama. Aunque este método ofrece ventajas tales como una buena persistencia del retardante de llama y un impacto mínimo en las propiedades físicas y mecánicas, requiere equipo especializado para introducir elementos retardantes de llama en poliéter poliol o isocianato e implica un proceso de producción más complejo.
