Os retardantes de chama à base de fósforo são um tipo de retardante de chama altamente eficiente, confiável e amplamente utilizado, que tem atraído considerável atenção dos pesquisadores. Conquistas notáveis foram alcançadas em sua síntese e aplicação.
1. Aplicação de retardantes de chama à base de fósforo em PP
As propriedades físicas do polipropileno (PP) desempenham um papel crucial em suas aplicações industriais. No entanto, seu índice limite de oxigênio (LOI) é de apenas cerca de 17,5%, o que o torna altamente inflamável e com rápida taxa de combustão. O valor dos materiais de PP em aplicações industriais é influenciado tanto por sua resistência à chama quanto por suas propriedades físicas. Nos últimos anos, a microencapsulação e a modificação da superfície tornaram-se as principais tendências em materiais de PP com propriedades retardantes de chama.
Exemplo 1: O polifosfato de amônio (APP) modificado com um agente de acoplamento de silano (KH-550) e uma solução de resina de silicone em etanol foi aplicado a materiais de PP. Quando a fração mássica de APP modificado atingiu 22%, o LOI (Índice Limite de Oxigênio) do material aumentou para 30,5%, enquanto suas propriedades mecânicas também atenderam aos requisitos e superaram as de materiais de PP retardantes de chama com APP não modificado.
Exemplo 2: O APP foi encapsulado em uma camada composta de melamina (MEL), óleo de silicone hidroxilado e resina de formaldeído por meio de polimerização in situ. As microcápsulas foram então combinadas com pentaeritritol e aplicadas a materiais de PP para conferir retardância à chama. O material apresentou excelente retardância à chama, com um LOI de 32% e classificação UL94 V-0 no teste de combustão vertical. Mesmo após tratamento por imersão em água quente, o compósito manteve boas propriedades mecânicas e de retardância à chama.
Exemplo 3: O APP foi modificado por revestimento com hidróxido de alumínio (ATH) e combinado com dipentaeritritol na proporção de massa de 2,5:1 para uso em materiais de PP. Quando a fração de massa total do retardante de chama foi de 25%, o LOI atingiu 31,8%, a classificação de retardância à chama alcançou V-0 e a taxa máxima de liberação de calor foi significativamente reduzida.
2. Aplicação de retardantes de chama à base de fósforo em PS
O poliestireno (PS) é altamente inflamável e continua a queimar mesmo após a remoção da fonte de ignição. Para solucionar problemas como a alta liberação de calor e a rápida propagação das chamas, os retardantes de chama à base de fósforo e isentos de halogênio desempenham um papel crucial na retardação de chama do PS. Os métodos comuns de retardação de chama para PS incluem revestimento, impregnação, aplicação por escovação e retardamento de chama durante a polimerização.
Exemplo 1: Um adesivo retardante de chama contendo fósforo para PS expansível foi sintetizado pelo método sol-gel utilizando N-β-(aminoetil)-γ-aminopropiltrimetoxisilano e ácido fosfórico. A espuma de PS retardante de chama foi preparada utilizando um método de revestimento. Quando a temperatura ultrapassou 700 °C, a espuma de PS tratada com o adesivo formou uma camada carbonizada superior a 49%.
Pesquisadores do mundo todo introduziram estruturas retardantes de chama contendo fósforo em compostos vinílicos ou acrílicos, que são então copolimerizados com estireno para produzir novos copolímeros de estireno contendo fósforo. Estudos mostram que, em comparação com o PS puro, os copolímeros de estireno contendo fósforo exibem LOI (Índice Limite de Oxigênio) e resíduo carbonizado significativamente melhores, indicando estabilidade térmica e retardância à chama superiores.
Exemplo 2: Um macromonômero híbrido de fosfato oligomérico com terminação vinílica (VOPP) foi enxertado na cadeia principal do PS por meio de copolimerização por enxertia. O copolímero enxertado apresentou retardância à chama por meio de um mecanismo de fase sólida. À medida que o teor de VOPP aumentava, o LOI (Índice Limite de Oxigênio) aumentava, a taxa máxima de liberação de calor e a liberação total de calor diminuíam e o gotejamento do fundido desaparecia, demonstrando efeitos significativos de retardamento de chama.
Além disso, retardantes de chama inorgânicos à base de fósforo podem ser ligados quimicamente a grafite ou retardantes de chama à base de nitrogênio para uso na retardância à chama do PS. Métodos de revestimento ou pincelamento também podem ser empregados para aplicar retardantes de chama à base de fósforo ao PS, melhorando significativamente o LOI (Índice Limite de Oxigênio) e o resíduo carbonizado do material.
3. Aplicação de retardantes de chama à base de fósforo em PA
A poliamida (PA) é altamente inflamável e produz fumaça significativa durante a combustão. Como a PA é amplamente utilizada em componentes e equipamentos eletrônicos, o risco de incêndio é particularmente grave. Devido à estrutura amida em sua cadeia principal, a PA pode ser retardada à chama por meio de diversos métodos, sendo que tanto aditivos quanto retardantes de chama reativos se mostram altamente eficazes. Dentre os retardantes de chama para PA, os sais de alquilfosfinato são os mais utilizados.
Exemplo 1: O isobutilfosfinato de alumínio (A-MBPa) foi adicionado a uma matriz de PA6 para preparar um material compósito. Durante o teste de retardância à chama, o A-MBPa se decompôs antes do PA6, formando uma camada carbonizada densa e estável que protegeu o PA6. O material atingiu um índice limite de oxigênio (LOI) de 26,4% e uma classificação de retardância à chama V-0.
Exemplo 2: Durante a polimerização de hexametilenodiamina e ácido adípico, adicionou-se 3% em peso do retardante de chama óxido de bis(2-carboxietil)metilfosfina (CEMPO) para produzir PA66 retardante de chama. Estudos mostraram que o PA66 retardante de chama apresentou retardância à chama superior à do PA66 convencional, com um LOI significativamente maior. A análise da camada carbonizada revelou que a superfície densa da camada carbonizada do PA66 retardante de chama continha poros de tamanhos variados, que ajudavam a isolar a transferência de calor e gás, demonstrando um desempenho notável como retardante de chama.
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Data da publicação: 15 de agosto de 2025
