Los retardantes de llama a base de fósforo son un tipo de retardantes de llama de alta eficacia, fiables y ampliamente utilizados que han captado la atención de los investigadores. Se han logrado avances notables en su síntesis y aplicación.
1. Aplicación de retardantes de llama a base de fósforo en PP
Las propiedades físicas del polipropileno (PP) desempeñan un papel crucial en sus aplicaciones industriales. Sin embargo, su índice de oxígeno límite (LOI) es de tan solo un 17,5 %, lo que lo hace altamente inflamable y de rápida combustión. El valor de los materiales de PP en aplicaciones industriales depende tanto de su resistencia a la llama como de sus propiedades físicas. En los últimos años, la microencapsulación y la modificación de la superficie se han convertido en las principales tendencias en materiales de PP ignífugos.
Ejemplo 1: Se aplicó polifosfato de amonio (APP) modificado con un agente de acoplamiento de silano (KH-550) y una solución de resina de silicona en etanol a materiales de PP. Cuando la fracción másica de APP modificado alcanzó el 22%, el LOI del material aumentó al 30,5%, mientras que sus propiedades mecánicas también cumplieron con los requisitos y superaron a los materiales de PP ignífugos con APP sin modificar.
Ejemplo 2: El APP se encapsuló en una cubierta compuesta de melamina (MEL), aceite de silicona hidroxilado y resina de formaldehído mediante polimerización in situ. Posteriormente, las microcápsulas se combinaron con pentaeritritol y se aplicaron a materiales de PP para mejorar su resistencia a la llama. El material mostró una excelente resistencia a la llama, con un LOI del 32 % y una clasificación UL94 V-0 en la prueba de combustión vertical. Incluso después del tratamiento de inmersión en agua caliente, el compuesto conservó buenas propiedades mecánicas y de resistencia a la llama.
Ejemplo 3: El APP se modificó recubriéndolo con hidróxido de aluminio (ATH), y el APP modificado se combinó con dipentaeritritol en una proporción de masa de 2,5:1 para su uso en materiales de PP. Cuando la fracción de masa total del retardante de llama fue del 25 %, el LOI alcanzó el 31,8 %, la clasificación de retardo de llama fue V-0 y la tasa máxima de liberación de calor se redujo significativamente.
2. Aplicación de retardantes de llama a base de fósforo en PS
El poliestireno (PS) es altamente inflamable y continúa ardiendo incluso después de retirar la fuente de ignición. Para solucionar problemas como la alta liberación de calor y la rápida propagación de la llama, los retardantes de llama a base de fósforo y libres de halógenos desempeñan un papel fundamental en la resistencia al fuego del PS. Los métodos comunes de retardo de llama para el PS incluyen el recubrimiento, la impregnación, el cepillado y la aplicación de retardantes de llama durante la etapa de polimerización.
Ejemplo 1: Se sintetizó un adhesivo ignífugo con fósforo para poliestireno expandible mediante el método sol-gel, utilizando N-β-(aminoetil)-γ-aminopropiltrimetoxisilano y ácido fosfórico. Se preparó espuma de poliestireno ignífuga mediante un método de recubrimiento. Cuando la temperatura superó los 700 °C, la espuma de poliestireno tratada con el adhesivo formó una capa carbonizada superior al 49 %.
Investigadores de todo el mundo han incorporado estructuras ignífugas que contienen fósforo a compuestos de vinilo o acrílico, los cuales se copolimerizan con estireno para producir nuevos copolímeros de estireno con fósforo. Los estudios demuestran que, en comparación con el poliestireno puro, los copolímeros de estireno con fósforo presentan un índice de oxígeno límite (LOI) y un residuo carbonizado significativamente mejores, lo que indica una estabilidad térmica y una resistencia a la llama superiores.
Ejemplo 2: Se injertó un macromonómero híbrido de fosfato oligomérico con terminación vinilo (VOPP) en la cadena principal de PS mediante copolimerización por injerto. El copolímero de injerto mostró propiedades ignífugas a través de un mecanismo en fase sólida. A medida que aumentaba el contenido de VOPP, el índice de oxígeno límite (LOI) se elevaba, la velocidad máxima de liberación de calor y la liberación total de calor disminuían, y el goteo por fusión desaparecía, lo que demuestra importantes efectos ignífugos.
Además, los retardantes de llama inorgánicos a base de fósforo pueden unirse químicamente con retardantes de llama a base de grafito o nitrógeno para su uso en la ignifugación del poliestireno (PS). También se pueden emplear métodos de recubrimiento o aplicación con brocha para aplicar retardantes de llama a base de fósforo al PS, lo que mejora significativamente el índice de oxígeno límite (LOI) y el residuo carbonizado del material.
3. Aplicación de retardantes de llama a base de fósforo en PA
La poliamida (PA) es altamente inflamable y produce una cantidad considerable de humo durante la combustión. Dado su amplio uso en componentes y equipos electrónicos, el riesgo de incendio es particularmente grave. Debido a la estructura amida de su cadena principal, la PA puede ser ignífuga mediante diversos métodos, demostrando su alta eficacia tanto con aditivos como con retardantes de llama reactivos. Entre las PA ignífugas, las sales de alquilfosfinato son las más utilizadas.
Ejemplo 1: Se añadió isobutilfosfinato de aluminio (A-MBPa) a una matriz de PA6 para preparar un material compuesto. Durante las pruebas de resistencia a la llama, el A-MBPa se descompuso antes que el PA6, formando una capa carbonizada densa y estable que protegió el PA6. El material alcanzó un índice de oxígeno límite (LOI) del 26,4 % y una clasificación de resistencia a la llama V-0.
Ejemplo 2: Durante la polimerización de hexametilendiamina y ácido adípico, se añadió un 3 % en peso del retardante de llama bis(2-carboxietil)metilfosfina óxido (CEMPO) para producir PA66 ignífugo. Los estudios demostraron que el PA66 ignífugo presentaba una resistencia a la llama superior a la del PA66 convencional, con un índice de oxígeno límite (LOI) significativamente mayor. El análisis de la capa carbonizada reveló que la superficie densa del PA66 ignífugo contenía poros de diferentes tamaños, lo que facilitaba el aislamiento térmico y la transferencia de gases, demostrando un notable rendimiento ignífugo.
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Fecha de publicación: 15 de agosto de 2025
