Introduzione ai ritardanti di fiamma a base di azoto per il nylon

Introduzione ai ritardanti di fiamma a base di azoto per il nylon

I ritardanti di fiamma a base di azoto sono caratterizzati da bassa tossicità, non corrosività, stabilità termica e ai raggi UV, buona efficacia ritardante di fiamma e convenienza economica. Tuttavia, i loro svantaggi includono difficoltà di lavorazione e scarsa dispersione nella matrice polimerica. I ritardanti di fiamma a base di azoto comunemente utilizzati per il nylon includono MCA (cianurato di melammina), melammina e MPP (polifosfato di melammina).

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 tramite sublimazione e assorbimento di calore.
2. Carbonizzazione catalitica e meccanismo intumescente in 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 ignifugo, promuovendo sia la carbonizzazione che la formazione di schiuma. Il meccanismo e l'efficacia dell'azione ignifuga variano a seconda del tipo di nylon. Studi sull'MCA e sull'MPP in PA6 e PA66 rivelano che questi ritardanti di fiamma inducono la reticolazione nel PA66 ma promuovono la degradazione nel PA6, con conseguenti migliori prestazioni ignifughe nel PA66 rispetto al PA6.

1. Cianurato di melammina (MCA)

L'MCA viene sintetizzato a partire da melammina e acido cianurico in acqua, formando un addotto con legami a idrogeno. È un eccellente ritardante di fiamma privo di alogeni, a bassa tossicità e a bassa emissione di fumo, comunemente utilizzato nei polimeri di nylon. Tuttavia, l'MCA tradizionale ha un punto di fusione elevato (si decompone e sublima al di sopra dei 400 °C) e può essere miscelato con le resine solo in forma di particelle solide, il che porta a una dispersione non uniforme e a una grande dimensione delle particelle, con conseguente impatto negativo sull'efficacia del ritardante di fiamma. Inoltre, l'MCA agisce principalmente in fase gassosa, con conseguente scarsa formazione di residui carboniosi e strati di carbonio porosi e non protettivi durante la combustione.

Per affrontare questi problemi, 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 il PA6. Il WEX migliora anche la formazione di carbonio 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)

IFR è un importante sistema ignifugo 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 carbonioso formato da IFR è in grado di assorbire il polimero fuso e in fiamme, prevenendo gocciolamenti e la propagazione dell'incendio.

Le componenti chiave dell'IFR includono:

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

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

• Inferiore all'1%: effetto ritardante di fiamma insufficiente.
• Oltre il 30%: durante il processo si verifica una volatilizzazione.
• 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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