Estudio de preparación y caracterización térmica y al fuego de formulaciones ignifugadas de ABS

Abstract

Durante las últimas décadas, el uso de materiales poliméricos en la vida cotidiana ha aumentado sustancialmente por su óptimo balance de propiedades mecánicas, térmicas y físicas. En particular, el ABS (copolímero de acrilonitrilo-butadieno-estireno) es uno de los polímeros ingenieriles más empleado por su calidad/precio. De su amplio abanico de aplicaciones se destacan las de los sectores de automoción, electrónica y/o eléctrico. Sin embargo, el ABS es altamente inflamable, y su combustión va siempre ligada a la producción y liberación de gases y humos tóxicos. Tradicionalmente, la mejora de sus propiedades frente al fuego ha estado asociada al empleo de aditivos bromados, no obstante su uso se ha restringido con la entrada en vigor de nuevos reglamentos europeos medioambientales. Por ello, mejorar el comportamiento frente al fuego del ABS, sin recurrir al uso de aditivos halogenados, representa un gran desafío y una necesidad para poder extender sus aplicaciones. De este modo, y teniendo en cuenta todo lo explicado anteriormente, una de las metas principales del presente trabajo ha sido desarrollar formulaciones de ABS libre de halógenos con mejoradas prestaciones frente al fuego. Para ello se prepararon y caracterizaron formulaciones de ABS con diferentes contenidos en aditivos fosforados (10, 15 y 20 % en peso), concretamente se ha utilizado un fosfinato de dietilaluminio (AlPi) y un polifosfato de amonio (APP), y polidimetilsiloxano (5 y 10%) analizando posibles efectos sinérgicos entre dichos aditivos. Además a partir de la óptima combinación de los aditivos mencionados previamente se han preparado y caracterizado formulaciones de ABS ignifugadas con un 5% de diferentes tipos de nanocargas laminares orgánicamente modificadas (montmorillonita e hidróxidos dobles laminares), analizando también su influencia en lo que se refiere a la estabilidad térmica de las formulaciones de ABS y mecanismos de acción en el comportamiento frente al fuego. Los resultados obtenidos, mediante ensayos de cono calorimétrico, mostraron una mejora del comportamiento frente al fuego, del ABS con la adición de los aditivos fosforados. Concretamente, se ha constatado que dichos aditivos (AlPi y APP) actuaban en la fase gas y fase condensada, liberando gases que diluían los gases de combustión y formando a la vez una capa carbonácea protectora que impedía el escape de los gases y la entrada de aire de la atmosfera y calor de la llama, disminuyendo por ello los valores máximos de la tasa de liberación de calor (PHRR) y alargando el tiempo de combustión. La adición de PDMS en la matriz polimérica actuaba en la fase gas y condensada, liberando agua que diluía los gases de combustión y creando una capa protectora formada de sílice. Dos comportamientos diferentes se han observado con la presencia de las nanopartículas. Con la presencia de MMT se observó una acción combinada de los aditivos y de la montmorillonita, con liberación de gases inertes provocando la dilución de los gases de combustión así que la creación de una capa carbonácea compacta, aislando el material de los gases de combustión para reducir los valores máximos de la tasa de liberación de calor. Mientras que con el LDH se observó una expansión del material del orden de 700% con un pico máximo de liberación de calor debido al escape de los gases creados durante la descomposición del material. Se ha constatado también, que se requería una cantidad mínima de aditivos fosforados (20% en peso) para obtener la mejor clasificación según UL94 (V-0). La estabilidad térmica del ABS, caracterizada mediante un análisis termogravimétrico (TGA), no se ha visto afectada por la presencia del PDMS (5% o 10%), sin embargo se ha observado un aumento significativo de residuo inorgánico en las formulaciones de ABS con PDMS y aditivos fosforados indicando un efecto sinérgico entre los componentes.