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Os retardantes de chama podem ser subdivididos nos seguintes tipos: a) Orgânicos não reativos;

b) Orgânicos reativos; c) Inorgânicos.

A aplicação de um determinado tipo depende do polímero, do uso final, do processamento e de outros aditivos presentes [8,20-24].

Os aditivos retardantes de chama podem atuar em vários estágios durante o processo de combustão por um ou mais dos seguintes mecanismos:

• Interferem quimicamente com o mecanismo de propagação da chama, através dos radicais livres gerados durante o processo de queima.

• Podem produzir grandes quantidades de gases não-combustíveis que diluem o suprimento de ar;

• Podem reagir, se decompor ou mudar de estado endotermicamente, isto é, absorvendo calor;

• Podem formar um revestimento impermeável ao fogo, evitando o acesso do oxigênio ao polímero e dificultando a troca de calor [8,11,20-23].

A ação retardante de chama dos principais tipos de aditivos será analisada a seguir [20-23].

a) ORGÂNICOS NÃO REATIVOS

São compostos orgânicos que não são quimicamente ligados nas cadeias do polímero. São incorporados antes do processamento. Compreendem basicamente dois tipos cujos mecanismos de atuação são substancialmente diferentes:

• Halogenados: clorados e bromados; • Compostos contendo fósforo [20-23].

a.1) COMPOSTOS HALOGENADOS

Estes retardantes de chama agem na fase gasosa do fogo [6].

Durante a combustão, ocorre a decomposição das cadeias do polímero e os radicais livres são gerados e se combinam com o oxigênio do ar, em reação em cadeia de natureza exotérmica. Para que a combustão seja contínua é preciso gases combustíveis e oxigênio em quantidade suficiente [6,20-23]. Os compostos halogenados atuam bloqueando os radicais livres, interrompendo ou apenas retardando, portanto, a combustão.

Os compostos halogenados também podem atuar pela redução da exotermia, absorvendo a energia e contribuindo para a redução da temperatura do material. A velocidade de combustão depende do tipo de vapor combustível e diminui segundo a seqüência:

CH4 > CH3Cl > CH2Cl2 > CHCl3 > CCl4

A eficiência do halogêneo como retardante de chama segue a seguinte ordem teórica: I > Br > Cl > F. Na prática, entretanto, apenas os clorados e os bromados têm efeito retardante de chama significativo, uma vez que as ligações com flúor são muito fortes e também o iodo apresenta uma polarizabilidade grande, apresentando interações fortes (caráter covalente) não se dissociando para formar radicais livres [20-23].

Os compostos clorados são representados pelas parafinas (10 a 30 átomos de carbono) cloradas com 20 – 70% de cloro, cuja eficiência aumenta

com o teor de cloro. São mais baratos do que os bromados, mas só são aplicáveis em processamentos até 200°C [20-23].

Os compostos bromados são pelo menos duas vezes mais eficientes do que os clorados e, como são utilizados em menores quantidades, afetam menos as propriedades mecânicas dos polímeros. Podendo ser alifáticos ou aromáticos, suportam temperaturas maiores e apresentam alta estabilidade eletrolítica. São os indicados em plásticos de engenharia como poliamidas e poliésteres.

Como os retardantes de chama halogenados atuam através da reação com os gases gerados na combustão, o mecanismo independe da estrutura do polímero e, portanto, podem ser aplicados universalmente. Outra vantagem é que são eficientes em concentrações relativamente baixas, afetando pouco as propriedades do substrato. Por outro lado, apresentam como desvantagens os efeitos corrosivos nos equipamentos de processamento, a geração de vapores tóxicos e a redução na estabilidade térmica e fotoquímica do polímero [20-23].

a.2) COMPOSTOS COM FÓSFORO

Ao contrário dos compostos anteriores, onde o mecanismo de retardamento é muito bem compreendido, a ação de retardamento de chama dos compostos de fósforo não é bem entendida. Supõe-se que o composto se decompõe e o ácido fosfórico obtido (não volátil) reage com o polímero, formando uma camada superficial de proteção e liberando água e gases não inflamáveis. São mais eficientes em polímeros altamente oxigenados. Quimicamente podem ser fosfatos, fosfitos, fosfonatos, etc [20-23].

b) ORGÂNICOS REATIVOS

Basicamente são os mesmos componentes dos não reativos com a diferença de serem quimicamente presos na cadeia polimérica. As grandes

vantagens são: não apresentam qualquer problema de migração e têm melhores propriedades mecânicas. Por outro lado, o custo é maior e apresentam alguns problemas no processamento. O mecanismo de atuação é semelhante ao dos não reativos. São utilizados principalmente em poliuretanos, epóxi e poliéster insaturado. São usados também em conjunto com os não reativos [20-23].

c) INORGÂNICOS

Os aditivos retardantes de chama inorgânicos representam mais de 50% do consumo. Existem três tipos principais:

• Hidróxido de Alumínio ou Alumina trihidratada (ATH); • Hidróxido de Magnésio;

• Trióxido de Antimônio.

O Hidróxido de Alumínio - ATH é largamente empregado em materiais processados em temperaturas abaixo de 250°C (melhor não ultrapassar 200°C). Na faixa de temperatura entre 250-300°C, o Hidróxido de Alumínio se decompõe endotermicamente:

2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O (2.1)

Esta decomposição absorve cerca de 1,17J/Kg, o que contribui para o abaixamento da temperatura do material. O vapor de água liberado (35%) dilui os gases combustíveis na chama e age como um gás de proteção. Outro aspecto que contribui para o efeito antichama deste aditivo é a formação de Al2O3 como uma camada protetora na superfície do produto, reduzindo a

difusão de oxigênio para o meio reativo e dificultando a troca de calor [6,20- 23]. Como são utilizados em grandes quantidades também têm atuação como

cargas, geralmente prejudicando o comportamento mecânico [20-23,25]. Esta desvantagem pode ser, em parte, superada pela realização de tratamentos químicos com silanos ou titanatos antes da incorporação, visando maior aderência ao polímero [20-23].

O Hidróxido de Magnésio, Mg(OH)2, tem atuação muito semelhante ao

Hidróxido de Alumínio mas possui uma temperatura de decomposição mais elevada (cerca de 330°C), sendo indicado para polímeros com temperaturas de processamento elevadas, como poliamidas e poliésteres [20-23].

O Trióxido de Antimônio é um importante componente de aditivos antichama em compostos halogenados. Muito embora só sejam eficientes sozinhos em teores muito elevados (altos custos), a atuação sinérgica tem se mostrado de grande eficácia [20-23].

O Trióxido de Antimônio também tem efeito sinergético com compostos de fósforo. Outros óxidos (dióxido de titânio, óxido de zinco e óxido de molibdênio) são algumas vezes usados como alternativas ou substituições parciais para o antimônio [20-23].

Os retardantes de chama minerais apresentam vantagens distintas quando comparados aos retardantes de chama tradicionais (halogenados).

Estas vantagens incluem:

• Não são corrosivos ao equipamento de processamento, • Baixa produção de fumaça,

• Não emitem gases ácidos, • Livres de halogêneo, • Protegem o ambiente, • Recicláveis,

• O gás produzido não é corrosivo,

• Não apresentam limitação na coloração, • Baixa toxicidade do gás de combustão [6].