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EuroWire – Luglio 2010
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articolo tecnico
Miglioramento delle
proprietà meccaniche dei
composti ritardanti di
fiamma non alogenati
A cura di Jeremy R Austin, Herbert S.-I Chao, Sartomer Company
Riassunto
Generalmente, si utilizzano composti
alogenati come il tetrabromobisfenolo A
o TBBPA per realizzare articoli di plastica
ignifughi.
Recentemente, la ricerca accademica e
industriale ha centrato l’attenzione sui
ritardanti di fiamma non alogenati, ma
queste tecnologie alternative più sicure
hanno un impatto deleterio sulle proprietà
meccaniche.
I materiali di riempimentominerali utilizzati
come ritardanti di fiamma richiedono una
carica in eccesso di 60% in peso in eccesso
per soddisfare i requisiti ignifughi. Nel
presente studio, si utilizzano i polibutadieni
liquidi funzionalizzati (LPBD) per migliorare
l’allungamento e la resistenza a trazione
dei composti di etilene vinil-acetato (EVA)
caricati con triidrato di alluminio (ATH).
La
predispersione
degli
agenti
di
accoppiamento nell’ATH hanno consentito
di migliorare l’allungamento di oltre il
200%. È stato dimostrato che i risultati
migliori sono stati ottenuti con cariche
ridotte di funzionalità, come l’anidride
maleica, l’epossido e l’amina.
L’inclusione di un monomero ionico
diacrilico ha consentito un miglioramento
del modulo di trazione, irrealizzabile con i
materiali a base di LPBD.
1 Introduzione
Degli studi scientifici hanno indicato che
i ritardanti di fiamma alogenati (HFR)
sono sostanze contaminanti assai diffuse
nell’ambiente. Le emissioni pericolose
originate dalla fabbricazione, dallo smalti-
mento o dal riciclo di articoli di plastica
contenenti i ritardanti di fiamma alogenati
(HFR) costituiscono una minaccia talmente
grave che alcuni di essi sono stati già
eliminati dagli apparecchi elettronici ed
elettrodomestici, e l’Unione Europea ha
ratificato i regolamenti che disciplinano
l’industria dei materiali plastici per la loro
eliminazione.
A fronte di una legislazione simile in vigore
in tutti i paesi, numerosi mercati nel settore
dei materiali plastici sono alla ricerca di
tecnologie alternative.
Sono stati identificati vari ritardanti di
fiamma non alogenati (NHFR), come i
fosfati di ammonio, i composti di mela-
mina, le nanoparticelle di argilla o i
minerali idrati. Il triidrato di alluminio (ATH)
è un noto filler ignifugo per polimeri ed
è privo di alogeni.
Generalmente, l’azione dei ritardanti di
fiamma consiste nel ritardare l’accensione
privando il fuoco del combustibile o
riducendo la temperatura di accensione.
Tuttavia, l’ATH rilascia vapore acqueo
durante la decomposizione, che si ritiene
prelevi calore dal substrato e diluisca
l’alimentazione di combustibile. Una volta
carbonizzato, il residuo di Al
2
O
3
inibisce
la migrazione dell’ossigeno e dei composti
volatili rilasciati dal polimero che può
far aumentare ulteriormente la reazione
esotermica.
Nella maggior parte delle applicazioni,
si può utilizzare una semplice strategia
di sostituzione, sostituendo un HFR con
un NHFR.
In alcuni casi, come nel caso dei minerali
idrati quali il triidrato di alluminio o
l’idrossido di magnesio, la transizione è
più difficile.
Al fine di ottenere il requisito ignifugo
richiesto, sono necessarie elevate cariche
di ATH, spesso in eccesso del 60% in peso.
Quando la frazione di volume del materiale
di riempimento inorganico supera il
50%, le proprietà fisiche del composto
subiscono un vistoso deterioramento.
Plentz
et al
1
hanno dimostrato che nei
composti di PP contenenti ATH esisteva
una relazione fra la carica del filler e
le dimensioni dell’aggregato. Questa
scoperta indica che una carica elevata di
filler, oltre a compromettere le proprietà
fisiche, provoca anche l’aggregazione
dell’ATH con l’aumentare della carica.
Diversi studi hanno dimostrato che
l’aggiunta di un polimero funzionalizzato
rappresenta un metodo efficace per
modificare l’adesione interfacciale al
confine organico/inorganico nei composti
polimerici
2,3,4
.
Mai
et al
5
hanno dimostrato che
l’inclusione di acido acrilico modificato
tramite innesto nei composti di PP-ATH
provoca un’interazione chimica fra i gruppi
carbossilico e idrossilico rispettivamente
nel polimero e nel filler. È stato inoltre
dimostrato che migliorando l’adesione
interfacciale, si migliorano anche le
proprietà termiche e meccaniche.
Analogamente, Wang
et al
6
hanno intro-
dotto dell’EPR innestato con anidride car-
bonica maleica in un composto PP-Mg(OH)
2
,
e ha scoperto che l’EPR-g-MA era presente
esclusivamente nell’interfaccia.