Ritardanti di fiamma
Ritardanti di fiamma, se ne parla spesso in corrispondenza di materiali polimerici che hanno esattamente questa proprietà e che, in inglese, sono indicati con il termine di “flame retardant” con cui si spiega anche la sigla utilizzata ormai in modo piuttosto universale FR.
Anche per gli addetti ai lavori è impegnativo orientarsi nel mondo dei ritardanti di fiamma che sono numerosi e con caratteristiche diverse, figuriamoci per chi non ha a che fare con questo genere di sostanze tutti i giorni. Nessuno pretende quindi in un articolo di raccontare tutto ciò che c’è da sapere sui polimeri FR ma di capire a cosa servono e come funzionano, perché le varie tipologie si basano su meccanismi di azione diversi.
Ritardanti di fiamma: cosa sono
I ritardanti di fiamma intervengono durante il processo di combustione che comportano un certo tipo di reazione chimica e la interrompono. Lo fanno in diversi modi, in particolare con 5 possibili meccanismi di azione essenzialmente riconosciuti: sviluppo di calore, gas phase, char, intumescenza, dripping.
Vediamo cosa avviene durante la combustione. Si innesca una reazione chimica di ossido-riduzione che sviluppa calore, c’è un “combustibile” che si ossida e un “comburente”, l’ossigeno, che si riduce. In questo processo vengono prodotti calore e radiazioni elettromagnetiche, può accadere che venga emessa anche una radiazione luminosa, una fiamma, ma non è una condizione essenziale per poter parlare di combustione.
La combustione avviene fase dopo fase, dopo il suo inizio, costituito dal riscaldamento, si passa alla decomposizione e all’innesco, poi alla propagazione e alla ramificazione che è il momento in cui la combustione si espande e accelera.
La combustione termina con la formazione di specie stabili e non più combustibili. I ritardanti di fiamma possono entrare in gioco in diverse fasi. Di solito quando avviene una combustione tra un polimero e l’ossigeno, vengono prodotti anidride carbonica e acqua, oltre a sottoprodotti come ossidi di azoto o il monossido di carbonio.
Ci sono polimeri che bruciano più facilmente, come il PE e il PP, altri come il PA e il PVC, oppure il PTFE, che ci mettono molto più tempo, che resistono al processo di combustione.
Ritardanti di fiamma alogenati
Gli alogenati sono dei ritardanti di fiamma che si basano sul meccanismo gas phase, in questa categoria troviamo il polistirene bromurato, ad esempio, e sono quella categoria che provoca nel PVC quella resistenza alla fiamma di cui abbiamo parlato. I ritardanti di fiamma alogenati sono apprezzati per la loro versatilità, per il loro basso costo e la loro disponibilità, per la loro capacità di mantenere le proprietà meccaniche ma, di contro, posso provocare danni ambientali.
Ritardanti di fiamma idrossidi
Gli idrossidi di metalli sono dei ritardanti di fiamma che agiscono con il meccanismo che abbiamo chiamato “a sviluppo di calore”, sia in fase condensata sia in fase vapore. In questo caso gli idrossidi sono quegli additivi che fanno raffreddare il materiale e diluire i gas combustibili.
Tra gli idrossidi più utilizzati a questo scopo troviamo quello di magnesio e quelli di alluminio, in generale sono sostanze che fortunatamente non creano molti problemi ambientali, non costano molto e non sono difficili da reperire, vanno però usati in dosaggi molto elevati e compromettono le proprietà meccaniche al contrario degli alogenati visti prima.
Ritardanti di fiamma halogen-free
I composti a base di fosforo sono degli utili ritardanti di fiamma che sfruttano il meccanismo char. In questa categoria troviamo il fosforo rosso o alcuni organofosfati. Durante la combustione queste sostanze fanno in modo che si formi una “crosta” carboniosa che risulta completamente inerte rispetto alla combustione e che ostacola e limita l’incontro tra l’ossigeno e il polimero. In questo modo rallenta la reazione alla base della combustione.
I composti del fosforo funzionano anche se usati in dosi non massicce, sono halogen-free e non costano molto, ma compromettono le proprietà meccaniche e sono igroscopici.
Ritardanti di fiamma per polimeri: novità
Sul mercato, l’innovazione è sempre più incalzante e anche in questo settore le novità si susseguono, per cercare di rispondere alle richieste dei committenti. Di solito esse riguardano la necessità di avere dei ritardanti di fiamma sempre meno tossici, più biodegradabili, più stabili termicamente e compatibili con i polimeri in cui sono inseriti. E, la legge del mercato che non manca mai, devono costare il meno possibile.
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Pubblicato da Marta Abbà il 11 Gennaio 2018
