¿Que son los retardantes de llama para plásticos?

Los retardantes de llama son aditivos que aumentan la resistencia a la ignición del plástico, y una vez encendido reducen el ritmo de propagación de la llama. En términos prácticos, los plásticos retardantes de llama tienen una mayor resistencia a la ignición en presencia de una llama, necesitan más tiempo para quemarse, generan menos humo y generarán menos calor en comparación con el plástico no modificado.

Sin embargo, debe señalarse que un plástico combustible no se convierte en no combustible por la adición de un aditivo retardante de llama. Todo lo que la adición de un retardante de la llama va a hacer es permitir tiempo para reaccionar a o contener un fuego hasta que se pueda extinguir.

Para explicar esto más adelante, primero tenemos que entender los requisitos para que el fuego se desarrolle. El fuego necesita tres elementos básicos: combustible, aire y calor.
Conforme un fuego se afianza, el calor puede ser generado muy rápidamente, lo que a su vez aumenta la intensidad del fuego. Sin la adición de aditivos retardantes de llama, el fuego puede desarrollarse dentro de unos minutos.

Con los aditivos adecuados, y dependiendo del tipo de plástico, este tiempo puede extenderse significativamente.

Tipos de retardantes de llama para plásticos
Hay varias categorías principales de sistemas retardantes de llama que se utilizan para los plásticos. Estos son:

• Los halógenos
• El fósforo (rojo y blanco)
• Hidratos Metálicos
• Cianurato de melamina

Los halógenos 

Estos se basan principalmente en bromo y cloro, pero necesitan ser usados en conjunción con un agente sinérgico tal como el trióxido de antimonio. Estos tipos de retardadores de llama actúan en la fase de gas / vapor mediante la generación de grandes cantidades de radicales libres de halógenos que reaccionan con los gases inflamables para eliminar el combustible del sistema de fuego. Los halógenos son muy eficientes, rentables y generalmente tienen poco efecto sobre las propiedades físicas.

Sin embargo, una de las principales preocupaciones que rodean a los sistemas halogenados es que son altamente tóxicos, especialmente el humo producido. También son naturalmente de color marrón claro por lo que limitará la producción de piezas en tonos más claros.
Los sistemas halogenados se utilizan comúnmente para poliolefinas, poliamidas, poliestirenos, poliésteres y policarbonatos.

Fósforos
Estos sistemas funcionan en la fase condensada. Cuando estos sistemas se exponen al calor, se forma una capa de carbón en la superficie del polímero, que crea una barrera tanto combustible cortando el suministro de gas inflamable y también aísla el polímero por el calor.
El fósforo rojo es muy eficaz como un retardante de llama incluso a niveles bajos, por lo que se utiliza a menudo para componentes que requieren resistencia máxima.

Sin embargo, tiene algunos problemas en ambientes de alta humedad, ya que reacciona fácilmente con la humedad y los óxidos producidos fácilmente pueden corroer el cobre. Debido a esta razón, es la opción menos preferida para el sector eléctrico. El color natural de estos sistemas es rojo ladrillo por lo que su uso está limitado en gran medida a los componentes de color negro.

El fósforo blanco funciona de la misma manera y tiene las mismas prestaciones que el fósforo rojo, pero tiene la ventaja añadida de que no es tóxico y el color natural es blanco por lo que es fácilmente coloreado.
Los sistemas de fósforo se utilizan comúnmente para poliolefinas, poliamidas, PPO, poliésteres y policarbonatos.

Hidratos Metálicos
El ejemplo más común de este tipo de sistema es el hidróxido de magnesio. Su modo de acción es la liberación endotérmico de agua. Esto enfría el polímero y también diluye los gases inflamables.

También el óxido metálico formado en la combustión crea una barrera superficie reflectante que aísla el polímero y bloquea la liberación de gases inflamables. En cuanto a la toxicidad y la generación de humo, el hidróxido de magnesio sigue siendo el mejor sistema en el mercado y es fácilmente coloreado.

Sin embargo, tiene que ser añadido a alto porcentaje lo que lleva a un aumento en la densidad y una disminución de la resistencia a la tracción. Los hidratos metálicos se usan comúnmente para poliolefinas y poliamidas.

Cianurato de melamina
Estos sistemas se descomponen endotérmicamente absorber la energía térmica a saber, actos como un disipador de calor. También se puede utilizar sinérgicamente con los sistemas de retardantes de llama de fósforo.
El cianurato de melamina es relativamente barato y fácilmente combinado pero reduce la resistencia del material y se decolora fácilmente durante el procesamiento, particularmente con materiales de alta temperatura. Se utiliza comúnmente para las poliamidas.

Hay una tendencia creciente en el mercado para avanzar hacia sistemas libres de halógenos, debido a su menor toxicidad y menor generación de humo, pero todos los sistemas anteriores están todavía en uso.

Injection World Nov-Dic 2012, p. 22

Retardantes de llama

La crisis económica ha provocado algunas pérdidas importantes en el negocio de los retardantes de llama, pero la industria se está recuperando. Se espera que este mercado crezca a una tasa promedio anual de casi el 3% por año en términos de volumen durante el periodo 2010-2015.

La inflamabilidad de un material combustible casi siempre puede ser adecuadamente retardada mediante la adición de productos químicos retardantes de llama en cantidades suficientes. El reto, sin embargo, es optimizar el uso de productos químicos retardantes de llama para lograr una solución rentable retardante a la llama de uso final sin comprometer seriamente las propiedades físicas deseadas del producto .

Se han introducido en los últimos años, normas más estrictas de seguridad contra incendios, nuevas regulaciones, compromisos voluntarios de la industria, y numerosas etiquetas ecológicas.  Estos seguirán contribuyendo a una mayor demanda de retardantes de llama y exigirán nuevas demandas a los mismos retardantes de llama. Los cambios en las normas de resistencia al fuego y la seguridad contra incendios, y los cambios en las aplicaciones para determinados tipos de plásticos están abriendo nuevas oportunidades. 

 

Hay nuevas oportunidades de negocio para la nueva base de polímeros y los sistemas retardantes de llama que actúan sinérgicamente, especialmente en el sector eléctrico y electrónico. El mercado de los retardantes de llama también se ve afectado por los desarrollos en los materiales de construcción. Por ejemplo, la creciente demanda mundial de fibras ópticas y su creciente uso en los edificios aumentará la necesidad de retardantes de llama.

El siguiente gráfico muestra el consumo mundial de retardantes de llama:

El mercado chino se ha desarrollado rápidamente, los retardantes de llama, tales como los compuestos organofosforados y ATH han mostrado un alto crecimiento en su demanda.

La industria de plásticos / resinas es el mayor consumidor de productos ignífugos vendidos a los fabricantes de resina básica, fabricantes de compuestos personalizados o moldeadores de plásticos. Tambien se venden volúmenes más pequeños de retardantes de llama a las industrias textiles, adhesivos, elastómeros, pinturas y papel.

Ha habido poca innovación / desarrollo en retardantes de llama. La mayoría de las innovaciones se han ocupado de materiales ignífugos. Los ejemplos incluyen materiales de espuma con mejores retardantes de llama y resistencia termica, los nuevos grados de plásticos de ingeniería con retardantes de llama, dispersiones de copolímero con auto vulcanización para textiles con retardancia de flama permanente, y las nuevas tecnologías para la incorporación de retardantes de llama en partes y mezclas de poliuretano reactivo. Existe un gran interés en el desarrollo de un acabado ignífugo insoluble para las fibras sintéticas tales como el poliéster, nylon y polipropileno que no afecten a las características físicas deseables de las fibras (la modificación del polímero para retardo de la llama puede cambiar las características deseadas de las fibras) .

Los mercados de productos ignífugos se han desarrollado a causa de la acción regulatoria gubernamental, la pérdida de vidas y bienes por el fuego ha originado la presión pública para proveer materiales más seguros. Las compañías de seguros también han ejercido presión aumentando las tasas de pago en ambientes no protegidos. Todavía hay una presión para los productos ambientalmente seguros con menores niveles de humo y con menor toxicidad de los productos de combustión. Las áreas importantes para productos ignífugos son:

• Aplicaciones eléctricas y electrónicas (gabinetes y cascos para aparatos de televisión, así como componentes tales como conectores, circuitos impresos, y aislamiento de cable y alambres).
• Materiales de construcción (materiales de aislamiento térmico [espumas], colchones, cojines de muebles, tableros de madera, laminados, pinturas).
• Componentes de transporte  (piezas de plástico de aviones, trenes, metro, autobuses), que deben cumplir las normas de inflamabilidad. Los retardantes de llama son especialmente importantes en los materiales de asientos.
• Las telas y prendas de vestir, alfombras y cortinas, así como la ropa de dormir de los niños se recubren con productos químicos retardantes de llama.
• Otras aplicaciones - adhesivos, productos de papel y celulosa, tapicería.

Los retardantes de llama orgánicos más importantes son los compuestos halogenados (bromados y clorados) y ésteres fosfatados. Los productos inorgánicos más importantes son el hidróxido de aluminio (trihidrato de alúmina), boratos y óxidos de antimonio. Otros compuestos inorgánicos utilizados como retardantes de llama son los compuestos de molibdeno, hidróxido de magnesio, el polifosfato de amonio y el fósforo rojo. 

Algunos de estos compuestos inorgánicos funcionan como sinérgicos y no directamente como retardantes de llama, mejorando la eficacia de los retardantes de llama. Los sinérgicos generalmente no se usan solos a menos que la naturaleza química de los polímeros (por ejemplo, contiene un halógeno) proporcione alguna innata resistencia al fuego.

Hossein Janshekar, Henry Chinn, Vivien Yang and Yosuke Ishikawa - SRI Consulting
Noviembre 2011