melhora das propriedades anti chama de polimers

Download Melhora das Propriedades Anti chama de polimers

Post on 09-Dec-2015

20 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Melhora das Propriedades Anti chama de polimers

TRANSCRIPT

  • Tpicos Especiais: Degradao e flamabilidade de materiaisAula 05 Melhora das Propriedades anti-chama de PolmerosMarcos Batistella

  • Flamabilidade depende muito das condies ambientais e da composio do compsito.O comportamento dos materiais pode ser descrito por vrios fatores:

    Facilidade de ignioPropagao das chamasResistncia penetrao do fogoTaxa de liberao de calorFacilidade de extinoFumaaGases TxicosIntroduo

  • IntroduoCiclo do Fogo

    Degradao de Polmeros

  • FsicaResfriamentoFormao de uma barreiraDiluio dos gases combustveisQumicaFase gasosaFase solidaFsico-qumicaIntumescnciaCarbonizaoRetardantes de chama Modos de ao

  • Cargas Minerais Compostos Halogenados (Bromo)FsforoCompostos NitrogenadosSistemas IntumescentesTipos de retardantes de fogo

  • So compostos de frmula geral RX, onde R um radical orgnico e X um halognio, que interferem no mecanismo de radicais livres em fase gasosa que d origem ao processo de combusto

    A eficcia dos retardantes de chama halogenados aumenta na seguinte ordem: F < Cl < Br < I

    Grande quantidade de compostos utilizadas para vrios polmeros Ao na fase gasososa ou solida

    Retardantes de fogo: Halogenados

  • Fase solidaRetardantes de Fogo Halogenados

  • Fase gasosaLiberao de haogenadosFormao de haletos de hidrognioNeutralizao dos radicais de alta energiaRetardantes de Fogo Halogenados

  • Retardantes de fogo Halogenados

    Retardante de chama BromadoAplicaesHexabromociclodecanoPS ExpandidoTetrabromobisfenol APBT, PET, ABSDecabromodifenil eterPP, TxteisOctabromodifenil eterABS, PA, Espumas PU, Resinas epxiPolibromados bifenoisTxteis

  • *Retardantes de fogo halogenados/Sb

  • Os retardadores de fogo base de melamina so compostos nitrogenados.Trs tipos de aditivos so utilizados:Melamina puraDerivados da melaminaHomlogos da melamina

    *Retardantes de Fogo: Melamina e seus derivados

  • Modo de ao:Fase gasosaFase solida

    Usada com Fosfatos*Retardantes de Fogo: Melamina e seus derivados

  • Os compostos foforados constituem uma nova classe de retardadores de fogo em plena expanso devido pesquisa de alternativas eficazes ao uso de retardadores de fogo halogenados. Os compostos desta famlia contm fosforo em diferentes estados de oxidao:

    Fosforo elementar,Fosfatos ou polifosfatosFosfinatosFosfonatos

    *Retardantes de Fogo: Fosforados

  • Mecanismos incluem a formao de uma superfcie de vidro para proteger o substrato do oxignio e da chama, a promoo de carbonizao, que isola o substrato de calor e oxignio, e inibio de radicais livres

    *Retardantes de Fogo: Fosforados

  • *Retardantes de fogo fosforados agem na fase solida: Acido fosfrico e agua.Formao de uma camada protetora composta por polmero e xidos de fosforoRetardantes de Fogo: Fosforados

  • *Fosfinatos metlicos (PA, PBT)Poli fosfatos de amnio (PP, Polister)DOPO (termofixos)Fosforo (Poliamidas)Retardantes de Fogo: Fosforados

  • Foram inicialmente desenvolvidos para utilizao em pinturas, txteis e madeira.

    Formao de uma camada carbonosa expandida na superfcie do material:*Retardantes de fogo: Sistemas Intumescentes

  • Normalmente, estas formulaes so compostas por 3/4 compostos:

    Acido inorgnico no voltil;Composto poli-hidroxilado (pentaeritritol)Agente expansivo (aminas)Ligante (material)

    *Retardantes de fogo: Sistemas Intumescentes

  • Mecanismo da intumescncia (PP+APP+Pentaeritritol):

    *Retardantes de fogo: Sistemas Intumescentes

  • Todos minerais, mesmo inertes, tem importncia na melhora das propriedades anti-chama:

    Reduo na quantidade de material inflamvelModificao da condutividade trmica,Modificao da viscosidadeModificao da estrutura do polmero (nucleao)

    Incidncia direta

    Absorver energia na degradaoLiberao de gases no inflamveisFormao de camada vitrosa

    *Retardantes de fogo: Cargas Minerais

  • Uso de cargas minerais:

    Cargas Minerais Hidratadas Argilas

    Boratos

    *Retardantes de fogo: Cargas Minerais

  • Boratos, tri hidrxido de alumnio, hidrxido de magnsio, hidrxido de clcio, hidromagnesita, caolim.

    Decompor com entalpia suficiente e em temperaturas relativamente baixas (150 400 C)

    Temperatura de decomposio superior temperatura de trabalho dos polmeros.

    *Retardantes de fogo: Cargas Minerais

    CargaFormulaTdecomp (C)H decomp (kJ/g)Hidrxido de alumnioAl2O3.3H2O180-2001300Hidrxido de MagnsioMg(OH) 2300-3201450Hidrxido de ClcioCa(OH) 2430-4501150NesquinitaMgCO3.3H2O70-1001750HidromagnesitaMg5(CO3) 4(OH) 2.4H2O220-2401300HuntitaMg3Ca(CO3)4400980UltracarbHidroma/Huntita220-4001172BoemitaAlO(OH)340-350560

  • Retardantes de fogo: Cargas MineraisFONTE: Hull, 2015

  • Retardantes de fogo: Nano compsitos

  • Seleo de retardadores de fogo: Famlias de polmeros

  • PolipropilenoAditivos halogenados

    Cargas Minerais hidratadas

    IntumescnciaPoliol, acido e agente de expanso.

    Compostos contendo fosforo

  • PolipropilenoTetrabromo bisphenol A bis(2,3-dibromopropylether)

    Many flame retardant have been developed for PP in the last three decades.

  • Polipropileno

  • PolipropilenoIntumescncia

  • PoliamidasImportante em aplicaes eletrnicas

    Poliestirenos contendo Bromo

    Cianurato de melamina

    Compostos contendo fosforo (fosfinatos)

    Cargas Minerais (nano compsitos)

  • PoliamidasSinergias:Fosfato de melamina

    Compostos contendo fosforoCompostos InorgnicosOrgano-fosforados

    Cargas Minerais

  • Poliamidas - FumaaFonte: Horold, 2004.

  • Poli UretanoUso de aditivos ou Mudana da estruturaExtino de reduo materialReduo na quantidade de ar fornecidoReduo da difuso do fogo e gerao de calorO aumento da energia necessria para o processo de combusto

  • Poli Uretano

    Reao com a chama impedindo a propagao de fogo Impedindo da difuso de oxignio no polmeroReduo da temperatura de chama com a remoo de energia do sistemaChar. Expanso do polmero

  • Poli Uretano

  • Poli UretanoHalogenados

    Hidrxidos metlicos

    Compostos contendo fosforo

    Melamina

  • Poli Uretano

  • PVCTri oxido de antimnio

    Halogenados

    Cargas Minerais

    Plastificantes contendo fosforo

  • PVC Supressores de Fumaa

  • PVC

  • EVACargas Minerais

    Boratos de Zinco

    Nano cargas

  • EVA

  • Polisteres (PET)

  • Polisteres (PET)

    ContatoE-mail: seunome@email.comTelefone: (xx) xxxx-xxxxSite: www.site.com.br

    Quebra aleatria das cadeiasQuebra dos finais das cadeiasChain stripingCross-linking

    Fazer o desenho da degradaao do polimero

    H*+O2 OH*+O*O*+H2-OH*+H*OH*+CO-CO2+H*

    Retardantes a base de flor e iodo no so usados na prtica porque nenhum deles interfere no ponto de ignioexato do processo de combusto. O flor no pode tornar-se um interceptor de radical devido a forte ligao qumica que ele tem aocarbono (R-F), no se dissocia para formar o radical F. J o iodo, em contrapartida, tem uma ligao muito sensvel ao carbono que, atmesmo, uma pequena quantidade de energia faz com que o mesmo seja liberado o radical I para a atmosfera, no sendo capazes de roubar oprton de uma ligao C-H para gerar cido ioddrico. Como resultado as propriedades do polmero no so afetadas sendo que o retardante dechama liberado imediatamente na temperatura de pirlise do composto, antes mesmo que comece o processo de fuso do material(GACHTER, 1993; RABELLO, 2000; GALLO et al., 2001).

    Dos halognios restantes, o bromo o mais efetivo permitindo a soldagem do carbono atravs da captura do H da ligao gerando cidohalogendrico correspondente possibilitando, desta forma, interferir no ponto mais favorvel no processo de combusto, ou seja, no exatomomento do ponto de fuso do polmero, dando oportunidade para que o antichama inicie a sua atuao no mesmo instante. Presume-se que, oagente efetivo, brometo de hidrognio liberado atravs de uma estreita gama de temperatura possibilitando altas concentraes na zona dechama (GACHTER, 1993; BILLMEYER JR, 1984). Nas matrizes que contm cloro, este liberado na forma decloreto de hidrognio durante o processo de chama ignio (ver Figura 3.2), entretanto em uma vasta gama de temperatura. Como o HCl liberado em uma larga faixa de temperatura, por conseqncia, a concentrao torna-se baixa ao longo do tempo tornando o agente menoseficaz para combater a chama (GACHTER, 1993; BILLMEYER JR,1984).*

    A degraao trmica de polmeros ocorre via processos radicais com a formao de macro radiais no volateis e de baixa mobilidade. Dependendo da estrutura, retardadores de fogo halogenados podem sofrer tanto degradao ou se volatilizarem com o aumento da temperatura.Em compositos contendo retardadores de fogo halogenados, a ligaao C-H sera a primeira a quebrar e a reaao produz um radical halogenio e um radical organico.

    O radical halogenio, X, pode subtrair um atomo de hidrogenio de qualquer molcula para formar HX.

    Se o hidrogenio festiver proximo a uma ligaao C-X, entao sera criada uma dupla ligaao (insaturaao), com a produao de acido...

    A presena de duplas ligaoes facilita a clivagem de ligaoes C-X.

    Os radicais produzidos pela decompositao trmica do retardador de fogo podem interagir com o polimero amolecido para formar espcis HX e macro radicais polimericos.

    Se o macro radical for formado acima da temperatura limite, este comea a se degradar.*Retardantes de chama contendo compostos halogenados agem por interferncia no mecanismo da cadeia do radical, esta reao se sucede fase gasosa. A alta energia formada pelos radicais OH e O da cadeia rami