Retardantes de Flama by César Ramírez

ra295029 — 2024-09-07 15:53:38 UTC

Información de la asignatura.

Introducción

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La industria del envase y embalaje es la encargada de cubrir las necesidades de diversos sectores que buscan maneras eficaces, y sobre todo, seguras para el empacado y transporte de sus productos, que pueden ser desde materias primas de diversos tipos, compuestos químicos, materiales de construcción o alimentos.

Plásticos para envases con resistencia al fuego

ra295029 — 2024-09-07 16:29:32 UTC

Al ser materiales derivados del petróleo, no pueden tener características
de incombustibilidad propia, pero se les pueden aditivar elementos con retardancia al fuego, es decir, se les da una química especial que los hace más seguros, ya que ofrecen un mayor tiempo de respuesta a los envases o empaques ante la aparición de fuego, a fin de evitar mayores perjuicios
económicos.

• Polietileno tereftalato (PET)
• Polietileno de alta densidad (HDPE)
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Polietileno de baja densidad (LDPE)
• Polipropileno (PP)
• Poliestireno (PS)

ra295029 — 2024-09-07 16:35:00 UTC

La acción de un retardante de fuego depende de su estructura química y las reacciones fisicoquímicas frente a las llamas (HSH Chemical, 2023).

El retardante de llama más utilizado en estos plásticos es el trióxido de antimonio, de tipo sinergista.

Generalmente se agrega al 3–6% (sobre el peso del plástico) junto con retardadores de llama clorados o bromados. Aunque existen pocas alternativas a su uso, puede ser reemplazado parcialmente por boratos de zinc, sulfuro de zinc o compuestos de estaño. Su aplicación en polímeros, como el PVC flexible, se debe a que el cloro disponible en estos es suficiente para proporcionar el nivel deseado de retractación de la llama (Mexpolimeros, 2023).

Páginas de consulta

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Artículo

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Página

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¿A que polímeros se les agregan estos retardantes?

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Los retardantes de llama se añaden a las poliolefinas, el policarbonato, las poliamidas, el poliéster y otros polímeros para aumentar la resistencia a la ignición, reducir la propagación de las llamas, suprimir la formación de humo y evitar que el polímero gotee. El objetivo principal es retrasar la ignición y la combustión de los materiales, lo que permite a las personas tener más tiempo para escapar del área afectada. Una consideración secundaria es limitar los daños a la propiedad.

Aplicaciones generales

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Los plásticos que contienen retardantes de llama se encuentran en hogares, edificios de oficinas, automóviles y vehículos de transporte público, mobiliario, fibras, electrodomésticos y muchas otras aplicaciones.

Otras aplicaciones

ra295029 — 2024-09-07 17:00:32 UTC

incluyen telas para construcción, películas para pancartas, aislamiento de cielorrasos, cubiertas y revestimientos, soportes para alfombras, telas para automóviles, componentes de trenes y aviones, materiales para carpas, asientos de estadios, fundas de colchones, carcasas de televisores y computadoras, cableado eléctrico, cables de alimentación y conductos para túneles.

Mecanismo de retardancia

ra295029 — 2024-09-07 17:03:14 UTC

La mayoría de los termoplásticos son inflamables y arden fácilmente cuando se calientan a una temperatura suficientemente alta. Los plásticos, al ser hidrocarburos, se queman mediante un proceso que comienza con calor que piroliza su estructura de cadena larga en hidrocarburos volátiles, hidrógeno y radicales libres de hidroxilo. Estos elementos que se forman durante la descomposición tienen un alto contenido energético y reaccionan con el oxígeno, liberando calor y haciendo que el fuego se propague.

Condiciones de incendio

ra295029 — 2024-09-07 17:04:03 UTC

Para que se produzca un incendio, deben estar presentes combustible, oxígeno y una fuente de ignición. Los retardantes de llama actúan interfiriendo con uno o más de estos elementos fundamentales, ya sea física o químicamente.

Normalización

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ASTM E-84-15b

NFPA 255
ANSI/UL 723

UBC 8-1

La norma UL-181

La norma UL-214

La norma de seguridad para vehículos de motor 302

Efecto físico

ra295029 — 2024-09-07 17:06:27 UTC

Los que tienen un efecto físico enfrían el sustrato por debajo de su temperatura de combustión, forman una capa protectora sólida o gaseosa que excluye el oxígeno o añaden gases inertes que diluyen el combustible en su fase gaseosa.

Efecto químico

ra295029 — 2024-09-07 17:06:54 UTC

Los que actúan químicamente interrumpen el proceso al reaccionar con elementos en la fase gaseosa o protegen el polímero formando una capa superficial carbonosa. Los retardantes de llama más viables comercialmente incluyen los tipos bromados y clorados, los tipos a base de fósforo y los óxidos metálicos.

Retardantes de llama halógenos

ra295029 — 2024-09-07 17:13:20 UTC

Actúan para detener los procesos exotérmicos al atrapar los radicales libres de alta energía después de que se forman. Esto enfría el sistema, lo que reduce o limita en gran medida el suministro de gases inflamables.

Para lograr una resistencia al fuego eficaz, suelen requerir una carga menor que los hidróxidos metálicos, como el trihidrato de aluminio (ATH) o el hidróxido de magnesio. Cuando las propiedades de tracción y elongación son fundamentales, se prefieren los retardantes de llama bromados, porque permiten que las resinas conserven sus propiedades mecánicas y físicas.

Los retardantes de llama clorados

ra295029 — 2024-09-07 17:15:26 UTC

Se añaden a los masterbatch como parafinas cloradas o en forma cicloalifática, en la que un grupo isocianato se une directamente a un hidrocarburo cicloalifático (por ejemplo, ciclohexano)

Consideraciones de Halógenos

ra295029 — 2024-09-07 17:16:00 UTC

Para que los retardantes de llama bromados y clorados funcionen, se debe incluir un sinergista en la formulación. El trióxido de antimonio es típico en las formulaciones de mezclas madre, aunque también se pueden utilizar otros, como el borato de zinc y el molibdato de zinc. Si bien el sinergista no tiene una acción retardante de llama inherente, mejora el rendimiento del retardante de llama halogenado al formar trihaluros de antimonio y varios oxihaluros de antimonio que actúan como interceptores de radicales para retardar las reacciones en cadena en fase gaseosa.

Retardantes de llama no halogenados

ra295029 — 2024-09-07 17:17:53 UTC

Existen dos clases de retardantes de llama no halogenados: los de fósforo o “formadores de carbonización” y los de óxidos metálicos o “endotérmicos”

Retardantes de llama a base de fósforo

ra295029 — 2024-09-07 17:23:26 UTC

Contienen compuestos orgánicos e inorgánicos. Entre ellos se encuentran los ésteres de fosfato orgánico, los fosfatos, los compuestos de fósforo halogenados y las sales inorgánicas que contienen fósforo.

Algunos eliminan los radicales de hidrógeno e hidroxilo activos en la fase de vapor, y algunos producen ácidos fosfóricos en presencia de fuego. Estos ácidos alteran la forma en que se degrada un polímero cuando se expone al calor y promueven la formación de carbonización, lo que limita una mayor descomposición del polímero.

Los hidróxidos metálicos

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son los retardantes de llama sin halógenos más utilizados. El trihidrato de aluminio (ATH) tiene un bajo coste y se encuentra en abundancia en la naturaleza. Forma óxido de aluminio a entre 180 °C y 200 °C mediante una reacción endotérmica que absorbe el calor del fuego. El ATH se utiliza generalmente cuando la temperatura de procesamiento del polímero es inferior a 200 °C

Formulación

ra295029 — 2024-09-07 17:32:32 UTC

Los masterbatches retardantes de llama suelen formularse a medida para que coincidan con la estructura molecular y la viscosidad de fusión de la resina base. Los niveles de adición se ajustan al nivel de retardancia de llama necesario. Para las poliolefinas, se utiliza normalmente una proporción de dilución del 10 % al 14 % para cumplir con una clasificación UL V-2, mientras que se sugiere del 18 % al 20 % para una clasificación UL V-0

La prueba de combustión vertical UL-94

ra295029 — 2024-09-07 17:34:38 UTC

Se monta verticalmente una barra de 5 x 0,5 pulgadas y 1/8 o 1/16 de pulgada de espesor en un recinto sin corrientes de aire. Se coloca un quemador debajo de la muestra durante 10 segundos y se cronometra la duración de la llama. La prueba se repite con cinco muestras. Se anota cualquier goteo que encienda el algodón quirúrgico colocado 12 pulgadas por debajo de la barra.

El índice de oxígeno límite (LOI)

ra295029 — 2024-09-07 17:36:42 UTC

Es la concentración mínima de oxígeno expresada como porcentaje de volumen en una mezcla de oxígeno y nitrógeno que solo favorece la combustión en llama de un material inicialmente a temperatura ambiente.

El ensayo E-84

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Analiza el comportamiento de combustión superficial de los materiales de construcción en superficies expuestas, como paredes y techos. Determina el comportamiento de combustión relativo observando la propagación de la llama a lo largo de la muestra. Se informan los datos de propagación de la llama y densidad del humo.

Retardantes

ra295029 — 2024-09-07 17:41:22 UTC

Los retardantes de llama son productos químicos que se añaden a los materiales durante o después de su fabricación para inhibir, suprimir o retrasar el proceso de combustión. Funcionan interfiriendo en las diversas etapas de la combustión, incluyendo el calentamiento, la descomposición, la ignición o la propagación de la llama. El término «retardante de llama» se refiere a la función de estos productos químicos, no a su composición específica.

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Paso 1: determinar la composición del elemento y la temperatura de descomposición térmica. Esto nos permite reducir las categorías potenciales y centrarnos en la siguiente fase de prueba.
Etapa 2: identificación de compuestos específicos según los resultados de la etapa 1.
Etapa 3: cuantificación de retardantes de llama utilizando estándares de calibración de compuestos identificados en la Etapa 2

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Retardante de llama en colchones:

MSDS Formaldehido

Bromo

Decabromodifenilo

Óxido de antimonio

Ácido Bórico

Reacciones químicas

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Ciertos compuestos reaccionan químicamente con el material para mejorar su resistencia al fuego. Estas reacciones pueden alterar el proceso de combustión, haciendo que sea más difícil para el material encenderse o mantener una llama.

Formación de una barrera protectora

ra295029 — 2024-09-07 17:53:10 UTC

Algunos agentes forman una capa protectora de carbón en la superficie del material cuando se expone a altas temperaturas. Esta capa actúa como una barrera, evitando que el oxígeno llegue al material subyacente y ralentizando el proceso de combustión.

al295515 — 2024-09-07 17:53:17 UTC

La normativa no exige la inclusión de una etiqueta que enumere las sustancias químicas que se utilizan para lograr que los productos sean a prueba de fuego.

Si el fabricante formula su composición es posible que la inclusión de un retardante de llama dentro de un paquete de aditivos perjudique el desempeño de otros aditivos, haciéndolos ineficaces.

Liberación de gases no combustibles

ra295029 — 2024-09-07 17:53:36 UTC

Otro mecanismo implica la liberación de gases no combustibles, como vapor de agua o dióxido de carbono, que diluyen los gases inflamables producidos durante la combustión. Esto reduce la cantidad de calor generado y ralentiza la propagación de las llamas.

Reacciones endotérmicas

ra295029 — 2024-09-07 17:54:07 UTC

Ciertas sustancias experimentan reacciones endotérmicas, absorbiendo calor del entorno y reduciendo la temperatura del material. Este proceso ayuda a evitar que el material alcance su punto de ignición.

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Están fabricados con materiales como el poliuretano y polímeros de alta tecnología. Contienen aditivos que hacen que el colchón sea resistente al fuego durante mayor tiempo que un colchón tradicional.

al295515 — 2024-09-07 17:59:09 UTC

al295515 — 2024-09-07 18:03:00 UTC

ISO 5660: Especifica un método para evaluar la tasa de liberación de calor y la tasa de producción dinámica de humo de muestras expuestas en orientación horizontal a niveles controlados de irradiancia con un encendedor externo. La tasa de liberación de calor se determina midiendo el consumo de oxígeno derivado de la concentración de oxígeno y el caudal en la corriente del producto de combustión. En esta prueba también se mide el tiempo hasta la ignición (llama sostenida).
La tasa de producción dinámica de humo se calcula a partir de la medición de la atenuación de un rayo de luz láser por la corriente de producto de combustión. El oscurecimiento del humo se registra durante toda la prueba, independientemente de si la muestra está en llamas o no.

al295515 — 2024-09-07 18:06:01 UTC

Según un estudio de la Asociación Nacional de protección contra incendios los colchones y la ropa son los primeros en encenderse en un 20% de los incendios, y que el 85% de los incendios en dormitorios provocan la muerte

al295515 — 2024-09-07 18:13:25 UTC

Es de suma importancia tener en cuenta los aditivos retardantes que son utilizados, ya que en gran medida nos ayudan a darle un uso mas extensivo a los polímeros que van a ser sometidos a condiciones de calor mayores a las que trabajan en condiciones normales, así como también que se puede hacer que se aquellos productos de uso cotidiano den una mejor protección ante accidentes que involucren fuego.

ra295029 — 2024-09-07 18:14:38 UTC

al295515 — 2024-09-07 18:15:48 UTC

Según el método de uso (tipo aditivo)

ra295029 — 2024-09-07 18:17:36 UTC

El retardante de la llama de tipo agregado se incorpora al plástico durante el procesamiento del plástico, y se usa principalmente para termoplásticos.

Según el método de uso (tipo reactivo)

ra295029 — 2024-09-07 18:19:27 UTC

El retardante de la llama reactiva se une químicamente a la cadena molecular del polímero como monómero durante la síntesis de polímero, y se usa principalmente para plásticos termosetizantes.

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Interfiriendo con la reacción de combustión :

Algunos retardantes liberan sustancias no combustibles que diluyen los gases combustibles y reducen la concentración de oxígeno en la zona de la llama.

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Algunos retardantes liberan sustancias no combustibles que diluyen los gases combustibles y reducen la concentración de oxígeno en la zona de la llama.

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Absorbiendo el calor: Algunos retardantes absorben el calor generado por la llama, lo que ayuda a enfriar el material y reducir la velocidad de combustión.

ga392229 — 2024-09-07 23:47:33 UTC

Mayor seguridad: Reducen el riesgo de incendios y protegen vidas y propiedades.

ga392229 — 2024-09-07 23:47:55 UTC

Cumplimiento normativo: Muchos países tienen regulaciones estrictas sobre la inflamabilidad de los materiales, y los retardantes de llama son necesarios para cumplir con estos requisitos.

ga392229 — 2024-09-07 23:50:14 UTC

Toxicidad: Algunos retardantes de llama, especialmente los halogenados, pueden ser tóxicos para la salud humana y el medio ambiente.

ga392229 — 2024-09-07 23:50:29 UTC

Persistencia: Algunos retardantes de llama pueden persistir en el medio ambiente durante largos períodos y bioacumularse en los organismos.

ga392229 — 2024-09-08 00:19:03 UTC

Formación de carbón: Algunos retardantes promueven la formación de una capa de carbón en la superficie del material, que actúa como una barrera térmica y evita que el oxígeno llegue al material subyacente.

ga392229 — 2024-09-08 00:25:22 UTC

Retardantes de Llama Halogenados

Polibromodifeniléteres (PBDE): Fueron muy utilizados en la electrónica, textiles y espumas, pero debido a su toxicidad y persistencia, muchos países han restringido o prohibido su uso.
Hexabromociclododecano (HBCDD): Se empleaba principalmente en espumas de poliestireno expandido para aislamiento térmico.

ga392229 — 2024-09-08 00:25:40 UTC

Retardantes de Llama Fosforados

Ésteres de fosfato: Se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como plásticos, textiles y recubrimientos.
Ácidos fosfónicos: Se emplean en la fabricación de resinas y polímeros.
Fosfinatos de metal: Se utilizan en combinación con otros retardantes para mejorar su eficacia.

ga392229 — 2024-09-08 00:26:15 UTC

Retardantes de Llama Nitrogenados

Melamina: Se utiliza en la fabricación de resinas melamínicas y espumas.
Diciandiamida: Se emplea como precursor para la producción de otros compuestos nitrogenados con propiedades retardantes de llama.

ga392229 — 2024-09-08 00:26:39 UTC

Retardantes de Llama Inorgánicos

Hidróxido de aluminio: Se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, como plásticos, caucho y materiales de construcción.
Hidróxido de magnesio: Se emplea en la fabricación de compuestos poliméricos.
Trióxido de antimonio: Se utiliza en combinación con compuestos halogenados para mejorar su eficacia.

2024-09-08 03:20:00 UTC

El compatibilizador debe cumplir tres tareas:

Reducir la tensión interfacial, dando así una dispersión más fina
Estabilizar la morfología contra los efectos térmicos o cortantes durante los pasos de procesamiento
Proporcionar adhesión interfacial en estado sólido

2024-09-08 03:21:59 UTC

Se puede modificar un polímero económico (como una poliolefina) para que sus propiedades se vuelvan competitivas con las de un plástico de ingeniería costoso, puede escapar de la "trampa de los productos básicos" ya que se hacen posibles nuevas aplicaciones potenciales. Luego puede imponer una prima de precio significativa sobre los grados "ordinarios" (de productos básicos) del polímero. Sin embargo, debe seguir siendo más barato que el plástico de ingeniería que desplaza en una aplicación de mayor valor. La morfología depende de la concentración de la mezcla. A baja concentración de cualquiera de los componentes, la fase dispersa forma gotas casi esféricas y luego, a mayor carga, se forman cilindros, fibras y láminas.

2024-09-08 03:26:51 UTC

Las estrategias de compatibilización comprenden adición de una pequeña cantidad de cosolvente - un tercer componente, miscible con ambas fases.

Adición de un copolímero cuya parte es miscible con una fase y otra con otra fase.
Adición de una gran cantidad de un copolímero de núcleo-envoltura: un compatibilizador modificador de impacto.
Composición reactiva que conduce a la modificación de al menos una especie macromolecular que da como resultado el desarrollo de regiones locales de miscibilidad.
Adición de una pequeña cantidad de nanopartículas que influyen en la estructura de la mezcla de manera similar a las emulsiones de agua/aceite estabilizadas con partículas.

Clasificación

Zirconatos

Titanatos

Silanos

Olefinas terminales en AM (anhídrido maleico

2024-09-08 03:33:26 UTC

Los retardadores de llama funcionan a la temperatura de encendido y / o la propagación de la llama (velocidad) para cambiar el tiempo hasta el punto de descarga disruptiva. El tiempo de salida / escape es el criterio más crítico para salvar vidas en caso de incendio. Se necesita una variedad de tecnologías ignífugas para abordar los complejos desafíos planteados por la diversidad de materiales y sus usos previstos.

2024-09-08 03:33:33 UTC

El uso de polímero de alto rendimiento es extremadamente común dentro de la industria automotriz para sistemas de iluminación, parachoques y guardabarros. El polímero también se usa ampliamente para mejorar la eficiencia, seguridad y durabilidad del combustible automotriz.

2024-09-08 03:36:09 UTC

También los podemos encontrar en los sectores de energía eléctrica, componentes electrónicos, cerramientos eléctricos, productos de construcción, espuma para muebles y más.

2024-09-08 03:41:03 UTC

2024-09-08 03:48:50 UTC

Retardante de llama de fósforo rojo microencamsulado para PP, PE, alambres, y Policarbonatos