Principio del retardante de llama, principales tipos de retardante de llama

 

Los retardantes de llama se utilizan para mejorar la resistencia a la llama de los materiales moleculares aumentando su punto de ignición o reduciendo su velocidad de combustión, lo que permite aumentar el tiempo de rescate, salvar vidas y reducir las pérdidas. Según la estructura, los retardantes de llama pueden dividirse en retardantes de llama poliméricos macromoleculares y de moléculas pequeñas; según el método de uso, pueden dividirse en retardantes de llama aditivos y retardantes de llama reactivos; según si el material contiene halógenos, pueden dividirse en retardantes de llama halógenos y retardantes de llama no halógenos. Los retardantes de llama aditivos se utilizan sobre todo en polímeros termoplásticos, que no reaccionan químicamente con otros componentes del material y existen sólo de forma física en el material polimérico; los retardantes de llama reactivos se utilizan sobre todo en polímeros termoestables, que participan en la reacción química de los polímeros sintéticos y se convierten en la unidad estructural del material polimérico.

De acuerdo con los tres elementos principales de la combustión -material combustible, ayuda a la combustión y fuente de fuego-, el principio de los retardantes de llama puede resumirse en los cuatro tipos siguientes.

En primer lugar, el retardante de llama se consigue mediante la absorción de calor. Por ejemplo, los retardantes de llama inorgánicos, como el hidróxido de aluminio, se descomponen a altas temperaturas, liberando agua cristalina, que se evapora en vapor de agua. Este proceso absorbe una gran cantidad de calor y reduce la temperatura de la superficie del material a ignifugar.

En segundo lugar, generando un gas no inflamable para diluir el oxígeno y reducir la velocidad de combustión. Por ejemplo, el vapor de agua producido por los retardantes de llama de hidróxido de aluminio puede reducir la concentración de oxígeno alrededor del material e inhibir la propagación del fuego.

En tercer lugar, la formación de una densa capa de recubrimiento en la superficie del material, que aísla el material del contacto con el oxígeno. Por ejemplo, los retardantes de llama a base de fósforo se convertirán en una estructura más estable de material sólido reticulado o en una capa carbonizada que envuelve el material en condiciones de alta temperatura, impidiendo una mayor combustión.

En cuarto lugar, capturar los radicales libres que intervienen en la reacción de combustión e inhibir la reacción en cadena de los radicales libres. Si los retardantes de llama de bromo se utilizan en condiciones de alta temperatura, cuando los materiales poliméricos se descomponen térmicamente, los retardantes de llama de bromo y los productos de descomposición térmica entran en la zona de combustión en fase gaseosa al mismo tiempo, atrapando los radicales libres en la zona de combustión en fase gaseosa e inhibiendo la reacción en cadena de los radicales libres, evitando así la propagación de la llama.

Según las grandes categorías, los retardantes de llama pueden dividirse en retardantes que contienen halógenos y retardantes de llama no halógenos. La principal diferencia entre ambos es que los primeros contienen halógenos, mientras que los segundos no. Sin embargo, la ausencia de halógenos no es una ausencia absoluta de halógenos, sino que se define en función de su contenido. Los retardantes de llama halogenados se definen como aquellos que tienen menos de 900 ppm de bromo y cloro y menos de 1500 ppm de bromo y cloro totales. Los retardantes de llama halogenados se refieren principalmente a los retardantes de llama bromados y a los retardantes de llama clorados, de los cuales los retardantes de llama bromados son actualmente los más usados y los más utilizados. La mayoría de los materiales ignífugos contienen halógenos. Los retardantes de llama halogenados tienen las características de baja adición, importante efecto retardante de llama y bajo precio. En la adición de retardantes de llama, el elemento halógeno tiene una buena compatibilidad con los materiales poliméricos y no tiene ningún efecto sobre las propiedades físicas y químicas del propio material. Sin embargo, al mismo tiempo, no podemos ignorar los retardantes de llama bromados individuales. Por ejemplo, el hexabromociclododecano libera grandes cantidades de humo así como gases tóxicos durante la combustión, lo que dificulta la extinción del fuego, el escape y la recuperación.

En un momento en el que los retardantes de llama halogenados se enfrentan a una gran controversia, debemos comprender los siguientes hechos.

i. Los retardantes de llama bromados siguen siendo ampliamente utilizados en todo el mundo, con más de 70 retardantes de llama bromados disponibles actualmente. Sólo hay dos o tres retardantes de llama halogenados, incluido el HBCD, en las listas de la UE y de muchos países autorizados y candidatos. La gran mayoría de los retardantes de llama bromados han sido evaluados rigurosamente y han demostrado ser inofensivos para los seres humanos y el medio ambiente. Algunos retardantes de llama bromados, como el tetrabromobisfenol A, son incluso menos tóxicos que la sal de mesa.

En segundo lugar, en condiciones de funcionamiento correctas, el proceso de uso y reciclaje de los retardantes de llama bromados no genera nuevos gases peligrosos al exterior, y su reciclabilidad es mejor que la de otros sistemas de retardantes de llama. Los retardantes de llama bromados tienen una amplia gama de aplicaciones y son adecuados para casi todos los materiales que necesitan ser retardados por la llama.

Los retardantes de llama sin halógenos incluyen retardantes de llama basados en fósforo, retardantes de llama intumescentes, retardantes de llama inorgánicos, retardantes de llama que contienen silicio y retardantes de llama de base biológica. Hay muchos tipos de retardantes de llama sin halógenos, pero se enfrentan a un problema común, y es que es difícil conseguir una buena retardación de la llama, y tienen un impacto en la mecánica del material y en sus propiedades de procesamiento. Por lo tanto, los retardantes de llama halogenados y los no halogenados tienen sus propias ventajas y desventajas. A la hora de elegir los retardantes de llama, hay que tener en cuenta la estructura del sustrato que se va a flamear, el entorno en el que se utiliza y el reciclaje. La mayoría de los retardantes de llama sin halógenos contienen los elementos de fósforo y nitrógeno.

I. Retardantes de llama a base de fósforo. Los retardantes de llama basados en el fósforo se dividen en retardantes de llama inorgánicos basados en el fósforo y retardantes de llama orgánicos basados en el fósforo, y la modificación y composición de los retardantes de llama basados en el fósforo es el centro de su trabajo. Los retardantes de llama a base de fósforo intervienen principalmente en la fase inicial de descomposición del material en el fuego, formando una película protectora para aislar el calor y el aire del exterior.

En segundo lugar, los retardantes de llama de expansión. Los retardantes de llama intumescentes pueden proteger eficazmente los materiales que han estado expuestos a las llamas durante mucho tiempo.

En tercer lugar, los retardantes de llama inorgánicos. Los retardantes de llama inorgánicos tienen una buena estabilidad térmica, son retardantes de llama, no son volátiles, no son gases corrosivos, tienen una pequeña emisión de humos, etc. Son las principales materias primas para los sistemas retardantes de llama de bajo halógeno y sin halógeno.

En cuarto lugar, los retardantes de llama que contienen silicona. Los retardantes de llama que contienen Si-O-Si tienen una estructura estable y se caracterizan por su baja toxicidad, por ser antigoteo, por la formación de carbón y por la supresión del humo durante la combustión.

V. Retardantes de llama de origen biológico. Aunque los retardantes de llama de origen biológico están sólo en la fase inicial de investigación, se han convertido gradualmente en un punto de atención e investigación por su bajo precio, su no toxicidad y su amplia gama de recursos.

Comprensión científica del respeto al medio ambiente de los retardantes de llama. En los últimos años, los retardantes de llama sin halógenos son cada vez más solicitados. Durante mucho tiempo, e incluso ahora, la opinión errónea de que «los retardantes de llama halógenos son tóxicos y dañinos, y los retardantes de llama sin halógenos son respetuosos con el medio ambiente y son la dirección futura de los retardantes de llama» está profundamente arraigada en la mente de la gente. Se ha popularizado la opinión de que los retardantes de llama sin halógenos son «respetuosos con el medio ambiente». De hecho, según el sistema internacional común de clasificación y etiquetado de productos químicos, entre todos los más de 70 tipos de retardantes de llama bromados comerciales, sólo el TBBA (tetrabromobisfenol A) y el HBCD (hexabromociclododecano) están claramente definidos como tóxicos y nocivos. Algunos retardantes de llama no halogenados, como la mayoría de los ésteres de fosfato y algunos fosfatos e hipofosfatos, llevan sus propias etiquetas como sustancias peligrosas para el medio ambiente. Por tanto, no existe ninguna base científica para juzgar si un producto es respetuoso con el medio ambiente por la presencia de un determinado elemento químico.