I ritardanti di fiamma a base di fosforo sono una tipologia di ritardanti di fiamma altamente efficienti, affidabili e ampiamente utilizzati, che hanno suscitato notevole interesse tra i ricercatori. Sono stati compiuti progressi considerevoli nella loro sintesi e applicazione.
1. Applicazione di ritardanti di fiamma a base di fosforo nel PP
Le proprietà fisiche del polipropilene (PP) rivestono un ruolo cruciale nelle sue applicazioni industriali. Tuttavia, il suo indice di ossigeno limite (LOI) è di circa il 17,5%, il che lo rende altamente infiammabile con una rapida velocità di combustione. Il valore dei materiali in PP nelle applicazioni industriali è influenzato sia dalla loro resistenza alla fiamma che dalle proprietà fisiche. Negli ultimi anni, la microincapsulazione e la modifica superficiale sono diventate le principali tendenze nello sviluppo di materiali in PP ignifughi.
Esempio 1: Il polifosfato di ammonio (APP) modificato con un agente di accoppiamento silanico (KH-550) e una soluzione di resina siliconica in etanolo è stato applicato a materiali in PP. Quando la frazione di massa di APP modificato ha raggiunto il 22%, l'indice di ossigeno limite (LOI) del materiale è aumentato al 30,5%, mentre le sue proprietà meccaniche hanno soddisfatto i requisiti e superato quelle dei materiali in PP ignifugati con APP non modificato.
Esempio 2: L'APP è stato incapsulato in un guscio composto da melammina (MEL), olio di silicone idrossilato e resina di formaldeide tramite polimerizzazione in situ. Le microcapsule sono state quindi combinate con pentaeritritolo e applicate a materiali in PP per conferire proprietà ignifughe. Il materiale ha mostrato un'eccellente resistenza alla fiamma, con un LOI del 32% e una classificazione UL94 V-0 nel test di combustione verticale. Anche dopo il trattamento di immersione in acqua calda, il composito ha mantenuto buone proprietà ignifughe e meccaniche.
Esempio 3: L'APP è stato modificato rivestendolo con idrossido di alluminio (ATH) e l'APP modificato è stato combinato con dipentaeritritolo in un rapporto di massa di 2,5:1 per l'uso in materiali PP. Quando la frazione di massa totale del ritardante di fiamma era del 25%, l'LOI ha raggiunto il 31,8%, la classificazione di ritardanza di fiamma ha raggiunto V-0 e il picco di velocità di rilascio del calore è stato significativamente ridotto.
2. Applicazione di ritardanti di fiamma a base di fosforo nel PS
Il polistirene (PS) è altamente infiammabile e continua a bruciare anche dopo la rimozione della fonte di innesco. Per ovviare a problemi quali l'elevato rilascio di calore e la rapida propagazione della fiamma, i ritardanti di fiamma a base di fosforo privi di alogeni svolgono un ruolo fondamentale nella protezione del PS dalla fiamma. I metodi comuni di protezione dalla fiamma del PS includono il rivestimento, l'impregnazione, la spazzolatura e la polimerizzazione.
Esempio 1: Un adesivo ignifugo contenente fosforo per PS espandibile è stato sintetizzato tramite il metodo sol-gel utilizzando N-β-(amminoetil)-γ-amminopropiltrimetossisilano e acido fosforico. La schiuma di PS ignifuga è stata preparata utilizzando un metodo di rivestimento. Quando la temperatura ha superato i 700 °C, la schiuma di PS trattata con l'adesivo ha formato uno strato carbonizzato superiore al 49%.
Ricercatori di tutto il mondo hanno introdotto strutture ignifughe contenenti fosforo in composti vinilici o acrilici, che vengono poi copolimerizzati con lo stirene per produrre nuovi copolimeri di stirene contenenti fosforo. Gli studi dimostrano che, rispetto al PS puro, i copolimeri di stirene contenenti fosforo presentano valori di LOI e residuo carbonioso significativamente migliorati, indicando una stabilità termica e una resistenza alla fiamma superiori.
Esempio 2: Un macromonomero ibrido di fosfato oligomerico terminato con gruppi vinilici (VOPP) è stato innestato sulla catena principale del PS tramite copolimerizzazione per innesto. Il copolimero a innesto ha mostrato proprietà ignifughe attraverso un meccanismo in fase solida. All'aumentare del contenuto di VOPP, l'LOI è aumentato, la velocità di rilascio del calore di picco e il rilascio totale di calore sono diminuiti e il gocciolamento del fuso è scomparso, dimostrando significativi effetti ignifughi.
Inoltre, i ritardanti di fiamma inorganici a base di fosforo possono essere legati chimicamente con ritardanti di fiamma a base di grafite o azoto per essere utilizzati nella resistenza alla fiamma del PS. Si possono anche impiegare metodi di rivestimento o pennellatura per applicare ritardanti di fiamma a base di fosforo al PS, migliorando significativamente l'indice di ossigeno limite (LOI) e il residuo carbonioso del materiale.
3. Applicazione di ritardanti di fiamma a base di fosforo in PA
La poliammide (PA) è altamente infiammabile e produce una notevole quantità di fumo durante la combustione. Poiché la PA è ampiamente utilizzata nei componenti e nelle apparecchiature elettroniche, il rischio di incendio è particolarmente elevato. Grazie alla struttura ammidica della sua catena principale, la PA può essere resa ignifuga utilizzando diversi metodi, e sia gli additivi che i ritardanti di fiamma reattivi si sono dimostrati altamente efficaci. Tra le PA ignifughe, i sali di alchilfosfinato sono i più utilizzati.
Esempio 1: L'isobutilfosfinato di alluminio (A-MBPa) è stato aggiunto a una matrice di PA6 per preparare un materiale composito. Durante i test di resistenza alla fiamma, l'A-MBPa si è decomposto prima del PA6, formando uno strato carbonioso denso e stabile che ha protetto il PA6. Il materiale ha raggiunto un LOI del 26,4% e una classificazione di resistenza alla fiamma V-0.
Esempio 2: Durante la polimerizzazione dell'esametilendiammina e dell'acido adipico, è stato aggiunto il 3% in peso dell'agente ignifugo bis(2-carbossietil)metilfosfina ossido (CEMPO) per produrre PA66 ignifugo. Gli studi hanno dimostrato che il PA66 ignifugo presentava una resistenza alla fiamma superiore rispetto al PA66 convenzionale, con un LOI significativamente più elevato. L'analisi dello strato carbonioso ha rivelato che la superficie densa del PA66 ignifugo conteneva pori di dimensioni variabili, che contribuivano a isolare il trasferimento di calore e gas, dimostrando notevoli prestazioni ignifughe.
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Data di pubblicazione: 15 agosto 2025
