Introducción a los retardantes de llama a base de nitrógeno para nailon

Introducción a los retardantes de llama a base de nitrógeno para nailon

Los retardantes de llama a base de nitrógeno se caracterizan por su baja toxicidad, no corrosividad, estabilidad térmica y a la radiación UV, buena eficiencia ignífuga y rentabilidad. Sin embargo, sus desventajas incluyen dificultades de procesamiento y una dispersión deficiente en la matriz polimérica. Entre los retardantes de llama a base de nitrógeno más comunes para el nailon se incluyen el MCA (cianurato de melamina), la melamina y el MPP (polifosfato de melamina).

El mecanismo ignífugo implica dos aspectos:

1. Mecanismo físico de “Sublimación y endotérmico”: El retardante de llama reduce la temperatura de la superficie del material polimérico y lo aísla del aire a través de la sublimación y la absorción de calor.
2. Mecanismo de Carbonización Catalítica e Intumescencia en la Fase Condensada: El retardante de llama interactúa con el nailon, promoviendo la carbonización y expansión directa.

El MCA presenta una doble función en el proceso ignífugo, promoviendo tanto la carbonización como la formación de espuma. El mecanismo ignífugo y su eficacia varían según el tipo de nailon. Estudios sobre MCA y MPP en PA6 y PA66 revelan que estos retardantes de llama inducen la reticulación en PA66, pero promueven la degradación en PA6, lo que resulta en un mejor rendimiento ignífugo en PA66 que en PA6.

1. Cianurato de melamina (MCA)

El MCA se sintetiza a partir de melamina y ácido cianúrico en agua, formando un aducto con enlaces de hidrógeno. Es un excelente retardante de llama libre de halógenos, de baja toxicidad y baja emisión de humo, comúnmente utilizado en polímeros de nailon. Sin embargo, el MCA tradicional tiene un punto de fusión elevado (se descompone y sublima por encima de los 400 °C) y solo puede mezclarse con resinas en forma de partículas sólidas, lo que produce una dispersión irregular y un gran tamaño de partícula, lo que afecta negativamente la eficacia del retardante de llama. Además, el MCA funciona principalmente en fase gaseosa, lo que resulta en una baja formación de carbonilla y capas de carbono sueltas y sin protección durante la combustión.

Para abordar estos problemas, se ha empleado la tecnología de compuestos moleculares para modificar el MCA mediante la introducción de un aditivo ignífugo complementario (WEX), que reduce su punto de fusión, lo que permite la cofusión y la dispersión ultrafina con PA6. El WEX también mejora la formación de carbonilla durante la combustión, mejorando la calidad de la capa de carbono y reforzando el efecto ignífugo de la fase condensada del MCA, produciendo así materiales ignífugos con un excelente rendimiento.

2. Retardante de llama intumescente (IFR)

El IFR es un sistema retardante de llama sin halógenos de gran importancia. Sus ventajas sobre los retardantes de llama halogenados incluyen una baja emisión de humo y la liberación de gases no tóxicos durante la combustión. Además, la capa de carbón formada por el IFR puede absorber el polímero fundido en combustión, evitando el goteo y la propagación del fuego.

Los componentes clave del IFR incluyen:

• Fuente de gas (compuestos a base de melamina)
• Fuente de ácido (retardantes de llama de fósforo y nitrógeno)
• Fuente de carbono (el propio nailon)
• Aditivos sinérgicos (por ejemplo, borato de zinc, hidróxido de aluminio) y agentes antigoteo.

Cuando la relación de masas entre los retardantes de llama de fósforo y nitrógeno y los compuestos a base de melamina es:

• Por debajo del 1%: efecto retardante de llama insuficiente.
• Por encima del 30%: se produce volatilización durante el procesamiento.
• Entre 1% y 30% (especialmente 7% y 20%): rendimiento ignífugo óptimo sin afectar la procesabilidad.

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