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Nuevos polímeros retardantes a la llama: sistemas novolaca-benzoxazina-epoxi

by Espinosa Fernandez, Manuel Alejandro

Abstract (Summary)
Resumen Los polímeros orgánicos, tanto naturales como sintéticos, son inherentemente combustibles y en presencia de una fuente de calor y de oxígeno se queman fácil y rápidamente. Aunque en los últimos años ha habido un incremento en el número de heteroelementos utilizados en compuestos retardantes a la llama, el mercado está todavía dominado por compuestos que contienen halógenos, especialmente cloro y bromo. Estos compuestos son excepcionalmente efectivos pero presentan el inconveniente que incrementan las cantidades de humos y productos de descomposición tóxicos y corrosivos que se desprenden durante la combustión del polímero. Como alternativa a estos, han surgido una nueva clase de resinas termoestables basadas químicamente en 3,4-dihidro-2H-1,3-benzoxazinas. Su síntesis es de gran simplicidad y se lleva a cabo por condensación de formaldehido con fenoles en presencia de aminas aromáticas en una relación molar determinada. Otra de las aproximaciones utilizadas recientemente ha sido el uso de compuestos organofosforados que han demostrado buena capacidad como retardantes a la llama para resinas epoxi a la vez que generan menos gases tóxicos y humos que los compuestos halogenados. El objetivo general de este trabajo ha consistido en el desarrollo de nuevos sistemas poliméricos termoestables resistentes al fuego, sin detrimento de las propiedades del material y no agresivos medioambientalmente. Se pretende mejorar las buenas propiedades de algunos materiales estándar actualmente empleados, resinas fenólicas y resinas epoxi, pero introduciendo la condición de no inflamabilidad mediante nuevos sistemas de ignifugación, basados en fósforo y nitrógeno, alternativos a los sistemas halogenados clásicos ampliamente utilizados en la actualidad, mucho más tóxicos y peligrosos para el medioambiente que los que se proponen como alternativa en este estudio. Para ello se ha llevado la síntesis y caracterización de sistemas entrecruzados basados en resina novolaca modificados en diferentes proporciones con anillos del tipo benzoxazina, utilizando un nuevo método de síntesis basado en el uso de 1,3,5-trifenilhexahidro-1,3,5-triazina. Se ha estudiado mediante calorimetría diferencial de barrido su comportamiento térmico así como la influencia que tienen los catalizadores en la temperatura de apertura de los anillos de benzoxazina. La estabilidad térmica de estos compuestos se ha estudiado mediante análisis termogravimétrico en atmósfera de nitrógeno y de aire. Estos sistemas presentan buena estabilidad térmica, aunque el tanto por ciento de modificación no parece influir en las propiedades térmicas de estos. Mediante análisis dinamomecánico se ha descrito que la modificación de resinas novolaca con anillos de benzoxazina permite obtener materiales con una buena integridad mecánica, pudiéndose establecer relaciones cualitativas de niveles de entrecruzamiento. La retardancia a la llama de estos materiales ha sido V-O y V-1 en función del grado de modificación según el test de inflamabilidad UL-94 V. En este trabajo también se han sintetizado compuestos epoxifosforilados para modificar los sistemas novolaca y novolaca-benzoxazina y estudiar sus propiedades térmicas, mecánicas e ignífugas. Estos glicidilos no contienen enlaces hidrolíticamente inestables y poseen óxido de fosfina en su estructura. Se ha sintetizado un nuevo monoglicidilfosfinato, el 10-óxido de 10-(2,3-epoxipropil)-9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfafenantreno (DOPOGly) y un diglicidilo alifático que contiene óxido de fosfina en su estructura, el óxido de isobutilbis(glicidilpropiléter)fosfina (IHPOGly). El entrecruzamiento de resinas novolaca y novolaca-benzoxazina con DOPOGly y IHPOGly lleva a sistemas novolaca-epoxi y novolaca-benzoxazina-epoxi con distinto contenido de fósforo y diferente densidad de entrecruzamiento que no desprenden volátiles en la reacción de polimerización. Se ha podido ver mediante análisis termogravimétrico que la incorporación de enlaces C-P en estos sistemas disminuyen la estabilidad térmica de estos, a la vez que el contenido final de fósforo en los polímeros no influye en el resto carbonado a 800ºC en atmósfera inerte y si lo aumenta en atmósfera oxidante. Los sistemas novolaca-epoxifosforada presentan menor velocidad de degradación a grados de conversión elevados de acuerdo con la propuesta de formación de un residuo intumescente mientras que los sistemas novolaca-benzoxazina-epoxi presentan un mecanismo de descomposición complejo y no pueden relacionarse con la presencia de este. Al igual que en los sistemas novolaca-benzoxazina, se han podido establecer relaciones cualitativas de niveles de entrecruzamiento para los sistemas novolaca-benzoxazina-DOPOGly. Para los sistemas novolaca-IHPOGly y novolaca-benzoxazina-IHPOGly se han podido determinar la temperatura de transición vítrea que no había sido posible determinar por DSC y también las temperaturas de las transiciones secundarias que se han relacionado con la estructura química de los materiales. Finalmente, la adición de compuestos organofosforados a los sistemas novolaca y novolaca-benzoxazina de mayor grado de modificación, mejora su retardancia a la llama alcanzándose grados V-0 según el test UL-94 V.
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Bibliographical Information:

Advisor:Galia Clua, Marina; Cádiz Deleito, Virginia

School:Universitat Rovira i Virgili

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:departament de química analítica i orgànica

ISBN:

Date of Publication:02/06/2004

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