Introduzione ai ritardanti di fiamma a base di azoto per nylon

Introduzione ai ritardanti di fiamma a base di azoto per nylon

I ritardanti di fiamma a base di azoto sono caratterizzati da bassa tossicità, non corrosività, stabilità termica e ai raggi UV, buona efficienza ignifuga e rapporto costo-efficacia. Tuttavia, i loro svantaggi includono difficoltà di lavorazione e scarsa dispersione nella matrice polimerica. I ritardanti di fiamma a base di azoto più comuni per il nylon includono MCA (melamina cianurato), melammina e MPP (melamina polifosfato).

Il meccanismo ignifugo coinvolge due aspetti:

1. Meccanismo fisico di “sublimazione ed endotermico”: il ritardante di fiamma riduce la temperatura superficiale del materiale polimerico e lo isola dall’aria attraverso la sublimazione e l’assorbimento del calore.
2. Carbonizzazione catalitica e meccanismo intumescente nella fase condensata: il ritardante di fiamma interagisce con il nylon, favorendo la carbonizzazione diretta e l'espansione.

L'MCA svolge una duplice funzione nel processo di ritardante di fiamma, promuovendo sia la carbonizzazione che la formazione di schiuma. Il meccanismo e l'efficacia del ritardante di fiamma variano a seconda del tipo di nylon. Studi su MCA e MPP in PA6 e PA66 rivelano che questi ritardanti di fiamma inducono la reticolazione in PA66 ma promuovono la degradazione in PA6, con conseguenti migliori prestazioni ritardanti di fiamma in PA66 rispetto a PA6.

1. Melammina cianurato (MCA)

L'MCA viene sintetizzato a partire da melammina e acido cianurico in acqua, formando un addotto con legami idrogeno. È un eccellente ritardante di fiamma privo di alogeni, a bassa tossicità e a bassa emissione di fumi, comunemente utilizzato nei polimeri di nylon. Tuttavia, l'MCA tradizionale ha un punto di fusione elevato (si decompone e sublima sopra i 400 °C) e può essere miscelato con resine solo in forma di particelle solide, il che comporta una dispersione non uniforme e particelle di grandi dimensioni, il che influisce negativamente sull'efficacia del ritardante di fiamma. Inoltre, l'MCA agisce principalmente in fase gassosa, con conseguente bassa formazione di carbonizzazione e strati di carbonio sciolti e non protettivi durante la combustione.

Per affrontare queste problematiche, è stata impiegata la tecnologia dei compositi molecolari per modificare l'MCA introducendo un additivo ritardante di fiamma complementare (WEX), che abbassa il punto di fusione dell'MCA, consentendo la co-fusione e la dispersione ultrafine con PA6. Il WEX migliora anche la formazione di carbone durante la combustione, migliorando la qualità dello strato di carbonio e rafforzando l'effetto ritardante di fiamma in fase condensata dell'MCA, producendo così materiali ritardanti di fiamma con prestazioni eccellenti.

2. Ritardante di fiamma intumescente (IFR)

L'IFR è un importante sistema ritardante di fiamma privo di alogeni. I suoi vantaggi rispetto ai ritardanti di fiamma alogenati includono basse emissioni di fumo e rilascio di gas non tossici durante la combustione. Inoltre, lo strato di carbone formato dall'IFR può assorbire il polimero fuso in combustione, prevenendo il gocciolamento e la propagazione dell'incendio.

I componenti chiave dell'IFR includono:

• Fonte di gas (composti a base di melammina)
• Fonte acida (ritardanti di fiamma fosforo-azoto)
• Fonte di carbonio (nylon stesso)
• Additivi sinergici (ad esempio borato di zinco, idrossido di alluminio) e agenti antigoccia.

Quando il rapporto di massa tra ritardanti di fiamma a base di fosforo e azoto e composti a base di melammina è:

• Inferiore all'1%: effetto ritardante di fiamma insufficiente.
• Oltre il 30%: la volatilizzazione avviene durante l'elaborazione.
• Tra l'1% e il 30% (in particolare tra il 7% e il 20%): prestazioni ignifughe ottimali senza compromettere la lavorabilità.

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