Retardadores de Chama Inorgânicos

Os retardadores de chama inorgânicos também podem ser usados ​​em espumas de poliuretano. Exemplos comuns incluem trióxido de antimônio, hidróxido de alumínio, boratos e polifosfato de amônio. No entanto, os retardadores de chama inorgânicos estão normalmente na forma de pós particulados. Quanto mais fino for o pó, melhor será para aplicações de espuma. Certos processos mecânicos de formação de espuma não podem utilizar materiais espumantes contendo pós sólidos, o que limita a aplicação de retardadores de chama inorgânicos em espumas de poliuretano.

(1) Trióxido de Antimônio

O trióxido de antimônio, também conhecido como óxido de antimônio ou antimônio branco, tem a fórmula molecular Sb₂O₃. Apresenta-se como um pó branco com tamanho médio de partícula de 1–3 μm, uma densidade relativa de 5.2–5.7, e um ponto de fusão de 652–656°C. É insolúvel em água, álcool e solventes orgânicos, mas solúvel em ácidos concentrados e soluções alcalinas fortes. Quando usado sozinho, o trióxido de antimônio tem um baixo efeito retardador de chama. Deve ser combinado com retardadores de chama halogenados para obter melhor desempenho. Durante a combustão do polímero, ele se decompõe formando uma densa camada protetora de gás na superfície do material, isolando o oxigênio. Além disso, o trióxido de antimônio reage com compostos halogenados durante a combustão para produzir haletos de antimônio, que absorvem calor de combustão significativo, reduzem as temperaturas da superfície e inibem e retardam efetivamente a combustão.

Devido à sua diferença de densidade em relação à resina de poliuretano, o trióxido de antimônio é difícil de dispersar e geralmente é usado apenas em aplicações especializadas.

(2) Hidróxido de Alumínio

O pó de hidróxido de alumínio é o retardador de chama e enchimento inorgânico mais comumente usado, aplicável a vários polímeros. Sua desvantagem é a necessidade de grandes quantidades, o que aumenta a viscosidade do material. A principal forma usada como retardador de chama é α-hidróxido de alumínio tri-hidratado, que aparece como um pó cristalino branco e fino com tamanho médio de partícula de 1–20 μme uma densidade relativa de 2,42.

O hidróxido de alumínio contém uma grande quantidade de água cristalina (até 34% em massa). Esta água cristalina permanece estável durante a produção de espuma, mas se decompõe rapidamente nas temperaturas de combustão da espuma. Por volta 200°C, libera vapor de água significativo, absorvendo o calor da combustão, diminuindo a temperatura da superfície do material e formando barreiras não combustíveis entre a fonte de fogo e a espuma. Esta diluição de oxigênio na zona de combustão proporciona propriedades retardadoras de chama. O hidróxido de alumínio também é um supressor de fumaça, reduzindo as emissões de fumaça e gases tóxicos. Durante a combustão produz óxido de alumínio, que promove a formação de uma camada protetora carbonizada na superfície do polímero.

Como retardador de chama para espumas de poliuretano, é adicionado principalmente por meio de formulação ou impregnação de pasta para espumas macias de células abertas. O hidróxido de alumínio não é tóxico e é seguro para uso.

(3) Fosfato de Amônio e Polifosfato de Amônio

O fosfato de amônio e o polifosfato de amônio (APP) contêm alto teor de fósforo (30–32%) e nitrogênio (14–16%), proporcionando excelente retardamento de chama, estabilidade dimensional, resistência à hidrólise e estabilidade térmica para espumas rígidas. Esses retardadores de chama produzem fumaça mínima durante a combustão e não geram haletos de hidrogênio. A produção de monóxido de carbono e cianeto de hidrogênio também é significativamente menor do que a das espumas de poliuretano contendo halogênio. A toxicidade e a corrosividade dos gases gerados são comparáveis ​​às dos materiais não retardadores de chama.

APP é um pó fino branco cristalino ou amorfo que consiste em polímeros não ramificados de cadeia longa. Dependendo do grau de polimerização (n), a APP é categorizada como solúvel em água (n=10–20) ou insolúvel em água (n>20). O APP cristalino, comumente usado, possui excelente estabilidade térmica, baixa solubilidade em água, higroscopicidade mínima e boa dispersibilidade. É quimicamente estável e não reage com outros materiais. APP é um retardador de chama à base de fósforo, seguro, eficiente e não halogênio, com propriedades de supressão de fumaça. É amplamente utilizado em revestimentos intumescentes à prova de fogo, polietileno, polipropileno, poliuretano, resinas epóxi, produtos de borracha, placas de fibra e agentes extintores de pó seco. No entanto, como o APP é um pó sólido, ele pode obstruir os cabeçotes de mistura durante a formação de espuma mecânica, tornando-o inadequado para blocos de espumas macias.

(4) Fósforo Vermelho

O fósforo vermelho atua como retardador de chama, decompondo-se termicamente para formar camadas de ácido fosfórico. → ácido metafosfórico → ácido polifosfórico. Estas camadas cobrem a superfície combustível, agindo como uma barreira. O ácido fosfórico e o ácido metafosfórico exibem fortes propriedades de desidratação, fazendo com que os polímeros se desidratem em carbono, formando uma camada vítrea de carvão na superfície do polímero. Este carvão isola o oxigênio e fornece retardamento de chama robusto em altas temperaturas. Os retardadores de chama de fósforo vermelho são eficazes, requerem pequenas dosagens, são econômicos, têm baixa toxicidade e sinergizam com retardadores de chama halogenados, como TCEP e DMMP. Eles melhoram a formação de carvão em conjunto com compostos contendo nitrogênio, melhorando o retardamento de chama nas fases sólida e gasosa.

A tecnologia de encapsulamento produz retardadores de chama de fósforo vermelho encapsulados ultrafinos, resolvendo problemas de absorção de umidade e aumentando a resistência ao fogo.

(5) Outros retardadores de chama inorgânicos

Outros retardadores de chama inorgânicos incluem borato de zinco, metaborato de bário, hidróxido de magnésio e compostos de óxido de antimônio e sílica.

Os retardadores de chama sólidos adicionados às matérias-primas líquidas tendem a sedimentar. Eles são normalmente adicionados durante ou imediatamente antes da formação de espuma. Quando adicionado a misturas de poliéter, é necessária agitação contínua para manter a uniformidade. Os retardadores de chama sólidos aumentam a viscosidade do material e reduzem a fluidez da espuma. A adição de enchimentos inorgânicos retardadores de chama pode afetar negativamente as propriedades da espuma. Quanto mais fino for o tamanho das partículas, melhor será o retardamento da chama e menos adverso será o impacto nas propriedades da espuma.

Devido à presença de partículas sólidas, certos processos mecânicos de formação de espuma no cabeçote de mistura não podem ser usados. Algumas empresas nacionais e internacionais desenvolveram cabeças de mistura especializadas, capazes de manusear cargas sólidas em pó.