Introdução aos retardantes de chama à base de nitrogênio para náilon

Introdução aos retardantes de chama à base de nitrogênio para náilon

Os retardantes de chama à base de nitrogênio caracterizam-se por baixa toxicidade, não corrosividade, estabilidade térmica e aos raios UV, boa eficiência retardante de chama e custo-benefício. No entanto, suas desvantagens incluem dificuldades de processamento e má dispersão na matriz polimérica. Os retardantes de chama à base de nitrogênio mais comuns para náilon incluem MCA (cianurato de melamina), melamina e MPP (polifosfato de melamina).

O mecanismo retardante de chamas envolve dois aspectos:

1. Mecanismo físico de “sublimação e endotérmico”: O retardante de chama reduz a temperatura da superfície do material polimérico e o isola do ar por meio da sublimação e da absorção de calor.
2. Carbonização catalítica e mecanismo intumescente na fase condensada: O retardante de chama interage com o náilon, promovendo carbonização e expansão diretas.

O MCA apresenta dupla função no processo de retardamento de chama, promovendo tanto a carbonização quanto a formação de espuma. O mecanismo e a eficácia do retardamento de chama variam dependendo do tipo de náilon. Estudos sobre MCA e MPP em PA6 e PA66 revelam que esses retardantes de chama induzem a reticulação em PA66, mas promovem a degradação em PA6, resultando em melhor desempenho de retardamento de chama em PA66 do que em PA6.

1. Cianurato de melamina (MCA)

O MCA é sintetizado a partir de melamina e ácido cianúrico em água, formando um aduto com ligações de hidrogênio. É um excelente retardante de chamas livre de halogênios, de baixa toxicidade e baixa emissão de fumaça, comumente usado em polímeros de náilon. No entanto, o MCA tradicional possui um alto ponto de fusão (decompondo-se e sublimando acima de 400 °C) e só pode ser misturado com resinas na forma de partículas sólidas, o que leva a uma dispersão irregular e partículas de tamanho grande, impactando negativamente a eficiência do retardante de chamas. Além disso, o MCA atua principalmente na fase gasosa, resultando em baixa formação de carvão e camadas de carbono soltas e não protetoras durante a combustão.

Para solucionar esses problemas, a tecnologia de compósitos moleculares foi empregada para modificar o MCA através da introdução de um aditivo retardante de chama complementar (WEX), que reduz o ponto de fusão do MCA, permitindo a co-fusão e a dispersão ultrafina com PA6. O WEX também aumenta a formação de carvão durante a combustão, melhorando a qualidade da camada de carbono e fortalecendo o efeito retardante de chama em fase condensada do MCA, produzindo assim materiais retardantes de chama com excelente desempenho.

2. Retardador de Chama Intumescente (IFR)

O IFR é um importante sistema retardante de chamas livre de halogênios. Suas vantagens em relação aos retardantes de chamas halogenados incluem baixa emissão de fumaça e liberação de gases não tóxicos durante a combustão. Além disso, a camada carbonizada formada pelo IFR pode absorver o polímero fundido em combustão, impedindo gotejamento e a propagação do fogo.

Os principais componentes do IFR incluem:

• Fonte de gás (compostos à base de melamina)
• Fonte ácida (retardantes de chama de fósforo-nitrogênio)
• Fonte de carbono (o próprio náilon)
• Aditivos sinérgicos (ex.: borato de zinco, hidróxido de alumínio) e agentes antigotejamento.

Quando a proporção em massa de retardantes de chama de fósforo-nitrogênio para compostos à base de melamina for:

• Abaixo de 1%: Efeito retardante de chamas insuficiente.
• Acima de 30%: ocorre volatilização durante o processamento.
• Entre 1% e 30% (especialmente entre 7% e 20%): Desempenho retardante de chama ideal sem afetar a processabilidade.

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