Introduzione
Il ritardante di fiamma FR) più utilizzato ed economico per i polimeri è il triidrossido di alluminio (Al(OH)3 o, abbreviato, ATH). Viene utilizzato nelle materie plastiche, come le poliolefine per le guaine dei cavi, ma anche negli acrilici, nelle resine termoindurenti e nelle pavimentazioni in PVC, per citare alcune applicazioni. È ecologico in quanto non contiene alogeni ed è molto efficace come soppressore di fumi.
Il suo ritardo di fiamma* è dovuto al raffreddamento e alla formazione di uno strato barriera, oltre che alla diluizione. La capacità di raffreddamento deriva dalla sua capacità di rilasciare acqua al momento del riscaldamento. Il picco di rilascio si verifica a circa 300°C.
La reazione sottostante è endotermica, il che significa che l'acqua consuma parte del calore rilasciato per evaporare.
La funzionalità della barriera è il risultato della Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del triidrossido di alluminio. Lo strato decomposto rallenta il flusso di ossigeno verso la fiamma e quindi la formazione di gas. Large quantità (40-60 wt%) di riempitivo devono essere utilizzate per ottenere le proprietà antifiamma (fattore di diluizione). Come per la maggior parte dei ritardanti di fiamma (FR), l'aggiunta del riempitivo influisce anche sulle proprietà meccaniche e reologiche della plastica. Poiché le quantità di riempitivo devono essere elevate per la sua funzionalità, è necessario aggiungere altri additivi per contrastarne l'effetto. Le proprietà meccaniche sono migliorate dalla morfologia e dal rivestimento superficiale dell'Al(OH)3 per aumentare l'adesione interfacciale. I rivestimenti variano a seconda del polimero di base da utilizzare. L'aumento della viscosità durante la lavorazione viene contrastato da additivi che aumentano la fluidità.
Condizioni di misura
In questo studio, l'effetto del triidrossido di alluminio (ATH) sul comportamento al fuoco del polietilene (PE) è stato analizzato nel TCC 918 (figura 1). Lo strumento consente di determinare il rilascio di calore, la perdita di massa, la densità e la composizione dei fumi. A tal fine, campioni di PE puro e di PE con il 50 % in peso di Al(OH)3 sono stati stampati a iniezione in piastre di 100 x 100 x 4 mm3.
Prima di iniziare le prove, il sistema di analisi dei gas (Siemens Oxymat/Ultramat) è stato calibratificato con gas di calibratazione e il fattore C è stato controllato utilizzando il bruciatore di metano con un rilascio di calore definito. L'analizzatore di gas utilizzato era dotato di opzione O2 eCO2. Dopo aver riscaldato il riscaldatore a cono, l'otturatore è stato chiuso e il portacampioni orizzontale con il campione è stato montato sulla piastra di massa. Quindi, il sistema ha rimosso automaticamente l'otturatore per l'inizio della misurazione. I gas evaporati sono stati accesi dal sistema di accensione automatica. Le condizioni di misurazione sono riassunte nella tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misura
| Portacampioni | Orizzontale |
| Densità del flusso di calore | 50 kW/m² |
| Portata nominale del dut | 24.0 l/s |
Il rilascio di calore è in buon accordo con la misurazione della trasmissione; si veda la figura 3. La quantità complessiva di calore rilasciato è smaller nel campione con la FR. Tuttavia, la funzione barriera è nuovamente osservabile attraverso una costante diminuzione del calore rilasciato.
La perdita di massa che accompagna la formazione del carbone è illustrata nella figura 4. La perdita di massa avviene a un ritmo più lento e in misura minore. Mentre il campione di PE puro perde quasi 35 g di peso alla fine del test, il campione con il ritardante di fiamma ne perde meno di 20 g, solo circa la metà. Tuttavia, bisogna considerare che anche il campione con il riempitivo contiene solo metà PE.
La misurazione nel calorimetro a cono consente di studiare l'effetto di un'esposizione controllata al fuoco su un materiale; in questo caso, su una plastica con e senza ritardante di fiamma. In questo esempio, sono rappresentate solo le proprietà più importanti: trasmissione (produzione di fumo), rilascio di calore e perdita di massa. Tuttavia, nello stesso test è possibile effettuare ulteriori analisi:
- Tempo di accensione
- Tasso di perdita di massa (MLR)
- Tasso di rilascio di calore (ARHE, MARHE)
- Calore effettivo di combustione (EHC)
- Rilascio totale di calore (THR)
- Rilascio totale di fumo (TSP)
- Produzione di fumo (SPR)
- Prodotti di combustione
Conclusioni
Questo studio conferma i meccanismi di soppressione del fumo e la formazione di uno strato barriera del riempitivo triidrossido di alluminio durante un incendio. Le prestazioni in termini di proprietà di trasmissione, rilascio di calore e perdita di massa sono state confrontate con un campione di PE senza ritardante di fiamma. Si può notare che il ritardante di fiamma funziona efficacemente quando viene composto nel PE.