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Retardantes a la llama bio-basados y sostenibles

23/07/2019

Los polímeros son materiales únicos que combinan bajo peso con múltiples funcionalidades. Por este motivo, se han utilizado en numerosos sectores como la construcción, eléctrico-electrónico y transporte. Sin embargo, los polímeros son altamente inflamables, produciendo un gran impacto en los sistemas de protección contra incendios y seguridad. Por ello, los aditivos ignífugos son necesarios para mejorar las propiedades de retardancia a la llama de los plásticos.

Una gran parte de los retardantes a la llama que se usan comercialmente son compuestos orgánicos derivados del petróleo como por ejemplo los organo-halogenados, órgano-fosforados o los órgano-nitrogenados1. Este tipo de compuestos se enfrentan al mismo tipo de problemas: la creciente escasez del petróleo, problemas geopolíticos y el impacto sobre el calentamiento global2. Además, en el caso de los aditivos halogenados, a pesar de que hasta el momento han constituido la mayor parte de las soluciones ignífugas por su gran efectividad, han aparecido nuevas directivas medioambientales como REACH, WEEE y RoHS que actualmente restringen su uso. Esto es debido a los efectos adversos que producen tanto sobre el organismo como sobre el medio ambiente, entre los que cabe destacar la toxicidad, la bioacumulación, la persistencia en el organismo y la transferencia de largo alcance a través de la cadena trófica3,4.
En la actualidad la alternativa a los aditivos halogenados son los compuestos basados en fósforo, nitrógeno o compuestos inorgánicos. Estos aditivos parten de materias primas fósiles, por lo tanto agotables, y muchas de ellas no presentes en Europa. Este es el caso del fósforo, el cual fue incluido en la lista de Materias Primas Críticas para Eu en 20175. Este hecho justifica los estudios recientes sobre la recuperación y el reciclaje de fósforo de las aguas residuales que se utilizarán como materia prima ignífuga6. Por lo tanto, el desarrollo de aditivos ignífugos a partir de recursos renovables es de gran interés en todo el mundo (especialmente para Europa), que disminuirá la dependencia de la importación de materias primas fósiles y reducirá la toxicidad y el impacto ambiental de las soluciones ignífugas de vanguardia.
Así pues, la prohibición de algunos compuestos halogenados y la continua búsqueda por soluciones alternativas ha supuesto una importante fuerza impulsora en el desarrollo de retardantes a la llama provenientes de otras fuentes como puedan ser las naturales. Además, otro desafío es aprovechar la estructura química de las estructuras que provienen de fuentes naturales para promover algunos de los mecanismos específicos que tienen lugar durante la retardancia a la llama.
De esta manera, las nuevas tendencias en la aditivación con retardantes a la llama se basan en la utilización de sustancias no halogenadas, que ha conllevado una creciente investigación en la obtención de ignífugos provenientes de fuentes naturales y sostenibles.
El uso de materias primas de fuentes renovables es de interés en todas las industrias y especialmente en el sector de polímeros. Se ha llevado a cabo una gran actividad de investigación para desarrollar y ampliar a la industria la producción de biopolímeros. Según European Bioplastics, la producción global de bioplásticos (biodegradables y de base biológica / no biodegradable) aumentará en un 20% para 2022 (2017). La industria de los biopolímeros necesita aditivos de recursos renovables para estar de acuerdo con los principios de la química verde y las políticas europeas de acción climática. Pero también podría ser interesante para los polímeros procedentes del petróleo como una alternativa a los retardantes de llama procedentes de materias primas fósiles.

Potenciales fuentes naturales para la obtención de aditivos ignífugos
Para obtener retardantes a la llama a partir de fuentes naturales, también llamada biomasa, se debe realizar un tratamiento de biorefinería para extraer, separar y modificar los diferentes compuestos bioquímicos, aportando valor a estos productos y sus intermedios. La Figura 1 muestra las principales fuentes de biomasa.
Al analizar la composición de la biomasa, se puede observar que muchos elementos tienen un efecto retardante de la llama. Los elementos de composición de la biomasa que desengrasan en orden son: C, H, N, Ca, K, Si, Mg, Al, S, Fe, P, Cl, Na, Mn y Ti (Vassilev et al., 2010). Para evaluar cómo los compuestos naturales pueden interactuar con el polímero en presencia de fuego, es muy importante analizar el ciclo de combustión del polímero. La Figura 2 muestra diferentes formas de interacción de los aditivos ignífugos durante la combustión del polímero. El objetivo de los aditivos ignífugos es detener el ciclo de combustión y pueden actuar en cuatro modos de acción:

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