Síntesis de polímeros organoborados retardantes a la llama

by Martin Moreno, Cristina

RESUMEN Durante las últimas décadas, la sustitución de materiales convencionales por polímeros sintéticos ha aumentado de forma importante debido a la multitud de aplicaciones, pero la mayoría de ellos son extremadamente inflamables y en presencia de una fuente de calor y de xígeno se queman fácil y rápidamente. La estrategia comúnmente más utilizada para minimizar la inflamabilidad de un material, es la incorporación de sustancias retardamtes a la llama. 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 muy efectivos ya sea como aditivos o como reactivos pero presentan un inconveniente importante: incrementan las cantidades de humos y productos de descomposición tóxicos que se desprenden durante la combustión del polímero. Es por ello, que cada vez más se están dedicando grandes esfuerzos en investigación a la búsqueda de nuevos retardantes a la llama libres de halógenos, que respeten el medio ambiente y no resulten agresivos. El ácido bórico y sus sales han sido empleados como aditivos retardantes a la llama desde 1800. La mayoría de retardantes a la llama que contienen boro se descomponen térmicamente generando ácido bórico liberando agua en una reacción endotérmica, por tanto, pueden actuar como retardantes físicos al absorber calor en el proceso de descomposición, diluir los volátiles en la fase gaseosa o formar una capa de vapor de agua sobre la fase sólida. Además, el ácido bórico puede actuar formando un recubrimiento intumescente que incrementa la efectividad de la capa protectora. Estos compuestos de boro son los más utilizados, ya que resultan baratos y de amplia aplicación, pero presentan, al igual que todos los aditivos, multiples desventajas frente a los reactivos retardantes a la llama. Los compuestos organoborados que actúan como reactivos retardantes a la llama, no han sido estudiados hasta, relativamente, hace poco tiempo, sin embargo, los resultados obtenidos sobre la retardancia a la llama, en los diferentes polímeros modificados químicamente con compuestos de boro, han sido satisfactorios. Como objetivo general de este trabajo, se planteó la obtención de nuevos sistemas poliméricos termoestables resistentes al fuego, libres de halógenos, sin detrimento de las propiedades del material y que respeten el medio ambiente. Para ello se sintetizaron y caracterizaron tres nuevos tipos de sistemas poliméricos basados en: - Resinas novolaca con boro, obtenidas por modificación química de una resina novolaca comercial con dos compuestos organoborados: bis(benzo-1,3,2- dioxaborolanilo) y óxido de bis(4,4,5,5-tetrametil-1,3,2-dioxaborolanilo). Posteriormente, con la finalidad de mejorar sus propiedades mecánicas, estas resinas se entrecruzaron con hexametilentetraamina (HMTA) y diglicidil éter de bisfenol A (DGEBA). - Resinas epoxi-novolaca modificadas con compuestos organoborados y posteriormente entrecruzadas térmicamente con catalizador. - Polímeros estirénicos preparados a partir de monómeros que contienen boro. Finalmente, se evaluaron las propiedades térmicas, termodinamomecánicas y de retardancia a la llama de los sistemas anteriormente comentados. Pudiéndose concluir que el entrecruzamiento de las resinas novolaca con HMTA o DGEBA y de las epoxi-novolaca en presencia de un catalizador, permite obtener materiales con una buena integridad mecánica, permitiendo así establecer relaciones cualitativas de niveles de entrecruzamiento. La degradación térmica de las resinas modificadas con boro: resinas novolaca y resinas epoxinovolaca, y de los polímeros estirénicos borados, genera ácido bórico a elevadas temperaturas formando un residuo intumescente que retarda el proceso de degradación y evita que ésta sea total. Las resinas novolaca organoboradas, con contenidos de boro entre 2 y 4%, presentan excelentes propiedades de retardancia a la llama. En cambio, los polímeros estirénicos borados necesitan contenidos de al menos el 3% para manifestar buenas propiedades retardantes a la llama.