1. Mecanismo Retardante de Llama (La Acción Intumescente)
El APP funciona principalmente como un retardante de llama intumescente. Esto significa que cuando se expone al calor, hace que el material se hinche y forme una capa carbonosa gruesa y porosa (carbón) en su superficie. Esta capa protectora de carbón es clave para su acción retardante de llama, que ocurre en tres etapas principales:
Etapa 1: Fuente de ácido (Descomposición)
Al calentarse (típicamente por encima de 250°C), el APP se descompone y libera ácido polifosfórico y gas amoníaco gruesa, multicelular y ligera.
(NH₄PO₃)ₙ → ácidos polifosfóricos tipo H₄P₄O₁₂ + NH₃
- Etapa 2: Carbonización (Formación de carbón)
El ácido polifosfórico fuerte y deshidratante reacciona con una fuente de carbono (a menudo un compuesto polihídrico como el pentaeritritol, que es parte de un sistema intumescente, o la propia matriz polimérica). Esta reacción cataliza la deshidratación y carbonización de la fuente de carbono, formando un carbón rico en carbono. - Etapa 3: Expansión (Hinchamiento)
El gas amoníaco liberado queda atrapado dentro de la masa carbonizante viscosa y fundida. Esto hace que el carbón se expanda dramáticamente, formando una capa de espuma carbonosa gruesa, multicelular y ligera.
Cómo funciona esta capa de carbón:
- Efecto Barrera: El carbón actúa como una barrera física, aislando el material subyacente del calor de la llama e impidiendo la salida de gases volátiles inflamables.
- Disipador de Calor: Los procesos de descomposición y expansión son endotérmicos, lo que significa que absorben calor, lo que enfría el sustrato.
- Dilución: El gas amoníaco no inflamable liberado diluye el oxígeno y los gases inflamables cerca de la zona de combustión.
2. Características Clave
- Libre de Halógenos: El APP no contiene cloro ni bromo, lo que lo convierte en una opción ambientalmente preferible, ya que no produce dioxinas ni furanos corrosivos o tóxicos durante la combustión.
- Intumescente: Su acción principal es formar una capa protectora de carbón en expansión.
- Alta Eficiencia: Es muy eficaz con cargas relativamente bajas en comparación con otros retardantes de llama minerales.
- Buena Estabilidad Térmica: El APP tiene una alta temperatura de descomposición, lo que lo hace adecuado para polímeros que se procesan a altas temperaturas.
- Baja Solubilidad en Agua: Los grados de APP de mayor peso molecular (cadenas más largas) tienen muy baja solubilidad en agua, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren durabilidad a largo plazo y resistencia a la lixiviación.
- Químicamente Inerte: Generalmente no es reactivo dentro de la matriz polimérica, lo que minimiza el impacto en las propiedades inherentes del polímero.
3. Ventajas y Desventajas
Ventajas:
- Excelente Protección contra Incendios: El carbón intumescente proporciona una protección superior al crear una barrera estable y aislante.
- Bajo Humo y Baja Toxicidad: Como retardante libre de halógenos, el APP produce significativamente menos humo y menos gases tóxicos que las alternativas a base de halógenos, lo cual es fundamental para la seguridad de la vida.
- Compatibilidad Ambiental: Su naturaleza libre de halógenos se alinea con las regulaciones ambientales globales (por ejemplo, RoHS, REACH).
- Versatilidad: Es eficaz en una amplia gama de polímeros, incluyendo poliolefinas (polipropileno, polietileno), recubrimientos, pinturas, textiles y caucho.
- Sinergia con Otros Aditivos: El APP funciona sinérgicamente con otros compuestos (como la melamina como agente de expansión y el pentaeritritol como fuente de carbono) para mejorar la resistencia a la llama.
Desventajas:
- Sensibilidad Hidrolítica: El APP puede ser sensible a la humedad, especialmente los grados de menor peso molecular. La exposición prolongada al agua/humedad puede provocar la hidrólisis, descomponiéndolo en cadenas más cortas (por ejemplo, ortofosfatos), lo que reduce su eficacia. Esto requiere el uso de grados estabilizados de alto peso molecular o recubrimientos protectores para aplicaciones en exteriores.
- Problemas de Compatibilidad y Procesamiento: Las altas cargas de APP a veces pueden afectar las propiedades mecánicas (por ejemplo, resistencia al impacto) y la reología de procesamiento del polímero.
- Migración/Floración: En algunos sistemas poliméricos, las partículas de APP pueden migrar a la superficie con el tiempo, causando un fenómeno llamado "floración", que puede afectar la apariencia de la superficie y la capacidad de pintado.
- Costo de los Sistemas Intumescentes: Si bien el APP en sí es rentable, un sistema intumescente completo (APP + fuente de carbono + agente de expansión) puede ser más caro que los rellenos simples como el trihidróxido de aluminio (ATH).
- Naturaleza Ácida: El ácido polifosfórico generado puede ser corrosivo para los equipos de procesamiento si no se gestiona adecuadamente.