EoW March 2009

articolo tecnico

Le reazioni successive di polieni coniugati altamente reattivi causano la reticolazione o la scissione della catena polimerica, e formano benzene e tracce minime di benzene condensato e/o alcalinizzato secondo la temperatura e l’ossigeno disponibile (reazioni secondarie). La degradazione deve essere controllata con l’aggiunta di agenti stabilizzatori. L’agente stabilizzatore di calore deve evitare la reazione di deidrodeclorinazione che è il processo primario di degradazione.

L’azione di un ritardante di fiamma consiste nell’eliminare o limitare uno dei fattori, agendo fisicamente o chimicamente (o in entrambi i modi) sui prodotti liquidi, solidi e gassosi che si formano durante il processo. L’azione fisica è di tre tipi: Raffreddamento del processo di feedback • termico, che interrompe la fornitura del calore necessario a proseguire la pirolisi del materiale polimerico. Diluizione della miscela di combustione. • Formazione di uno strato protettivo, • ove il materiale polimerico solido viene protetto con l’ossigeno proveniente dalla consistente fase gassosa mediante uno strato protettivo solido o gassoso. Si ha così una riduzione del calore irradiato al polimero, con conseguente rallentamento della pirolisi e riduzione dell’apporto di ossigeno al processo di combustione. L’azione chimica si può distinguere in: Reazione in fase gassosa: i radicali si • generano dal ritardante di fiamma chimicamente per agire sul processo di combustione. La reazione in fase condensata può • avvenire in due modalità. La prima consiste nella formazione di uno strato protettivo di carbonio (residuo carbonioso) sulla superficie del polimero, che presenta le caratteristiche di un isolante termico e funge da barriera fra i prodotti della pirolisi e l’ossigeno. La seconda consiste nell’aumento di questo strato e nel ritardo del processo di feedback termico.

tuttavia il triossido di antimonio consente di arrestare più efficacemente il meccanismo della catena dei radicali nella fase gassosa, ma aumenta la quantità di fumo generato in caso di incendio. Numerose aziende specializzate nel trattamento del PVC hanno dimostrato interesse in altri additivi ritardanti di fiamma che consentono una riduzione dell’infiammabilità senza produrre componenti tossici o corrosivi. Il ritardante di fiamma non dovrebbe influenzare negativamente le caratteristiche specifiche del PVC. Sarebbe inoltre auspicabile che qualsiasi miglioramento della capacità di resistenza alla fiamma fosse associato ad una riduzione della densità dei fumi. In caso di incendio, il PVC rilascia del cloruro d’idrogeno (HCl), con l’umidità sempre presente nell’aria. Normalmente si utilizza il carbonato di calcio nel PVC come additivo innocuizzante dell’acido e filler economico. In definitiva, un ritardante di fiamma ideale dovrebbe notevole interesse. Si possono ottenere tre tipi principali di nanocompositi quando un silicato stratificato viene disperso in una matrice polimerica. Ciò dipende dalla natura dei componenti utilizzati come la matrice polimerica, il silicato stratificato e il catione organico. Se il polimero non riesce ad intercalarsi tra le lamine di silicati, si ottiene un microcomposito. Tale composito a fasi separate presenta le stesse proprietà dei microcompositi tradizionali. Oltre a questa famiglia classica di compositi filler-polimero, si possono ottenere 3.3 Studio della possibilità di incorporare i nanofiller nel PVC Recentemente, i nanocompositi polimerici (PNC), e in particolare i nanocompositi polimero/argilla, hanno suscitato un notevole interesse. Si possono ottenere tre tipi principali di nanocompositi quando un silicato stratificato viene disperso in una matrice polimerica. Ciò dipende dalla natura dei componenti utilizzati come la matrice polimerica, il silicato stratificato e il catione organico. Se il polimero non riesce ad intercalarsi tra le lamine di silicati, si ottiene un microcomposito. Tale composito a fasi separate presenta le stesse proprietà dei microcompositi tradizionali. Oltre a questa famiglia classica di compositi filler-polimero, si possono ottenere due tipi di nanocompositi: Strutture intercalate, che si formano • quando una o più catene polimeriche estese sono intercalate (frapposte) con strati di silicato. Si ottiene così una struttura multistrato ben ordinata formata da strati polimerici alternati con strati inorganici. presentare anche questi vantaggi. 3.3 Studio della possibilità di incorporare i nanofiller nel PVC Recentemente, i nanocompositi polimerici (PNC), e in particolare i nanocompositi polimero/argilla, hanno suscitato un

HCI

PVC

HCI

Reazioni a catena (“meccanismo zip”)

I sistemi calcio-zinco rappresentano una buona alternativa agli agenti stabilizzatori a base di piombo, come dimostra il recente aumento del suo utilizzo. Le principali aree di applicazione in cui i sistemi Ca-Zn sono maggiormente presenti sono il settore del filo e del cavo, gli interni delle automobili, seguiti da tubi e profili. I composti metallici sono stati selezionati come stabilizzatori senza piombo perché il loro effetto sul corpo umano è trascurabile, e pertanto la probabilità di essere soggetti a regolamenti e restrizioni in futuro è minima. Combinando gli stabilizzatori ottenuti da questi metalli è stata sviluppata una resina a base di PVC con uno stabilizzatore senza piombo adatta all’utilizzo in isolamenti e rivestimenti di fili. 3.2 La funzione dei ritardanti di fiamma nel PVC Il processo di combustione può essere sintetizzato nelle fasi seguenti: Riscaldamento • Decomposizione (pirolisi) • Ignizione e combustione • Propagazione con feedback termico • Il riscaldamento del materiale mediante sorgenti termiche esterne aumenta la temperatura del materiale, ad una velocità che dipende dall’intensità del calore emesso, dalle caratteristiche di conduttività termica del materiale, dal calore latente di fusione e di vaporizzazione e dal calore di decomposizione. Al raggiungimento di una temperatura sufficiente, il materiale inizia a degradarsi formando delle miscele gassose e liquidi. Queste miscele si formano ad una velocità che dipende dall’intensità con la quale il materiale polimerico viene riscaldato. La concentrazione dei prodotti in decomposizione, miscelandosi con l’aria circostante, aumenta fino a rientrare nell’intervallo d’infiammabilità. In questa situazione, la presenza di una sorgente di calore causa l’ignizione della miscela. Il calore generato viene parzialmente irradiato al materiale (feedback termico), in modo da proseguire con la pirolisi.

Ciclo di combustione del polimero

Fase gassosa

ossigeno

Sostanze volatili

Prodotti

Fiamma

Calore

Dispersione

Fase condensata

Polimero

Residuo carbonioso

Ciclo di combustione del polimero ▲ ▲

Il ritardante di fiamma addizionato al materiale può essere di vari tipi: Reattivo: reagisce chimicamente con il • polimero. Additivo: miscelato al polimero. • Reattivo ed additivo: presente nel • materiale in entrambe le forme. La scelta del ritardante di fiamma è influenzato dai seguenti fattori: Tossicità • Biodegradabilità • Stabilità del calore nel polimero • ) viene normalmente addizionato al fine di ridurre l’infiammabilità del PVC plasticizzato; Il triossido di antimonio (Sb 2 O 3

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EuroWire – Marzo 2009