EoW March 2009

artículo técnico

Los sistemas calcio-cinc son una buena alternativa a los estabilizadores a base de plomo, como demuestra su actual uso creciente. Las principales áreas de aplicación, donde los sistemas Ca-Zn han tenido mayor éxito, son el sector del alambre y cable, el interior de automóviles, seguidas de tubos y perfiles. Se han elegido los compuestos metálicos como estabilizadores sin plomo porque su efecto en el cuerpo humano es despreciable y, por lo tanto, es improbable que sean sujetos a regulaciones y limitaciones en el futuro. Combinando los estabilizadores hechos de estos materiales, se ha desarrollado una resina de PVC con un estabilizador sin plomo adecuada para los aislamientos y los revestimientos de los alambres. 3.2 La función de los retardantes de la llama en el PVC Se puede describir el proceso de combustión con los pasos siguientes: Calentamiento • Descomposición (pirolisis) • Ignición y combustión • Propagación con retorno térmico • El calentamiento del material por fuentes térmicas externas aumenta la temperatura del material, con una velocidad que depende de la intensidad del calor emitido, de las características de conductividad térmica del material, del calor latente de la fusión y vaporización, y del calor de descomposición. Al alcanzar una determinada temperatura, el material inicia a degradarse, formando mezclas gaseosas y líquidos. Estas mezclas se forman a una velocidad que depende de la intensidad a la cual se calienta el material polimérico. La concentración de los productos en descomposición, mezclándose con el aire circundante, aumenta hasta alcanzar el intervalo de inflamabilidad. En esta situación, la presencia de una fuente de calor causa la ignición de la mezcla. El calor producido es irradiado parcialmente al material (retorno térmico), de manera que éste continúa su pirolisis. La acción del retardante de la llama consiste en eliminar o limitar uno de los factores, actuando en modo físico o químico (o ambos), en los productos líquidos, sólidos o gaseosos que se forman durante el proceso. La acción física es de tres tipos: Enfriamiento del proceso de retorno • térmico, que interrumpe el suministro de calor necesario para continuar la pirolisis del material polimérico Dilución de la mezcla de combustión • Formación de una capa protectora, • es decir, se protege el material polimérico sólido con el oxígeno de la rica fase gaseosa, mediante una capa de protección sólida o gaseosa. Ésta reduce el calor irradiado al polímero, ralentizando por consiguiente la pirolisis y reduciendo el aporte del oxígeno al proceso de combustión

La acción química se puede distinguir en: • Reacción en fase gaseosa: los radicales • se generan a partir del retardante de la llama químicamente para tomar parte en el proceso de combustión La reacción en fase condensada se puede • realizar de dos maneras. La primera consiste en formar una capa protectora carbonosa (residuo carbonoso) en la superficie del polímero, que tiene características de aislamiento térmico y actúa como barrera entre los productos de pirolisis y el oxígeno. La segunda es que esta capa aumenta y retrasa el proceso de retorno térmico

3.3 Estudio de una posible

incorporación de nanocargas en el PVC

Se un gran interés por los nanocompuestos poliméricos (PNC), especialmente por los nanocompuestos polímero-arcilla. Se pueden obtener tres tipos principales de nanocompuestos cuando un silicato estratificado es dispersado en una base polimérica. Esto depende de la naturaleza de los componentes usados como la base polimérica, el silicato estratificado y el catión orgánico. Si el polímero no puede intercalarse entre las láminas de silicato, se obtiene un microcompuesto. El compuesto de fases separadas que se obtiene presenta las mismas propiedades que los microcompuestos convencionales. Además de esta clase convencional de compuestos carga-polímero, se pueden obtener dos tipos de nanocompuestos: Estructuras intercaladas, que se forman • cuando una o a veces varias cadenas poliméricas extendidas son intercaladas (entremetidas) entre las capas de silicato. El resultado es una estructura bien ordenada formada por varias capas alternando capas poliméricas y capas inorgánicas. Estructuras exfoliadas o delaminadas, • que se obtienen cuando los silicatos son dispersados completa y uniformemente en una base polimérica continua. La configuración de la delaminación reviste un interés especial porque aumenta al máximo las interacciones polímero-arcilla, poniendo a disposición del polímero toda la superficie de las capas. Esto debería llevar a cambios significativos de las propiedades mecánicas y físicas. ha observado recientemente

Ciclo de combustión del polímero

Fase gaseosa

oxígeno

Elementos volátiles

Productos

Llama

Calor

Dispersión

Fase condensada

Polímero

Residuo carbonoso

Ciclo de combustión del polímero ▲ ▲

El retardante de la llama agregado al material puede ser de varios tipos: Reactivo: reacciona químicamente con el • polímero Aditivo: mezclado al polímero • Reactivo y aditivo: contenidos en el • material en ambos modos La selección de retardante de la llama es influenciada por Toxicidad • Biodegradabilidad • Estabilidad térmica en el polímero • Normalmente, el trióxido de antimonio (Sb 2 O 3 ) es agregado para reducir la inflamabilidad del PVC plastificado; sin embargo, el Sb 2 O 3 detiene mejor el mecanismo de la cadena de radicales en fase gaseosa, pero aumenta la cantidad de humo generado en caso de incendio. Muchos fabricantes de PVC han mostrado interés por otros aditivos retardantes de la llama que son menos inflamables y no producen componentes tóxicos o corrosivos. El retardante de la llama no debería influenciar negativamente a las características específicas del PVC. Cualquier mejora de la capacidad de retardar la propagación de la llama debería ir acompañada de una reducción de la densidad del humo. En caso de incendio, el PVC emite cloruro de hidrógeno (HCI), con la humedad siempre presente en el aire. Normalmente, se usa el carbonato de calcio en el PVC como barredor de ácido y carga rentable. Un retardante de la llama ideal debería ofrecer también estas ventajas.

Silicato estratificado Polímero

Intercalado (nanocompuesto)

Fases separadas (microcompuesto)

Exfoliado (nanocompuesto)

Para caracterizar las estructuras de los nanocompuestos, se usan dos técnicas analíticas complementarias. La difracción de rayos X (XRD) se usa para identificar estructuras intercaladas a través de la determinación de los espacios entre las capas. Los nanocompuestos pueden aportar mejoras significativas respecto a los polímeros vírgenes, con el contenido de los silicatos estratificados modificados en el rango de 2-10wt%. Se pueden obtener mejoras de varias propiedades: propiedades mecánicas, como la tensión • compresión, doblado y fractura • Diagrama que muestra los tres tipos principales de ▲ ▲ nanocompuestos que se pueden obtener cuando un silicato estratificado es dispersado en una base polimérica

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EuroWire – Marzo de 2009