Retardantes al fuego a base de Fósforo
Por Laura Anne y Terence Richard Hull
Se han realizado progresos limitados en la reducción de la inflamabilidad de la madera en los últimos años. Algunos de los tratamientos de madera ignífuga tienen dos milenios de antigüedad, donde los romanos usaban alumbre. Desde entonces, la sinergia entre el fósforo y el nitrógeno, y a menudo también el boro, ha sido ampliamente estudiada en la academia y explotada en varios productos comerciales.
Hoy en día, muchos usuarios finales y reguladores reconocen los riesgos presentados por la toxicidad, el humo y la corrosión de los compuestos ignífugos, debido al gran volumen de atención prestada a los retardantes de llama halogenados.
Compuestos a base de fósforo
Los compuestos a base de fósforo son algunos de los tratamientos ignífugos más conocidos para la madera. Se considera que funcionan principalmente en la fase condensada, promoviendo la formación de carbón y privando a la fase gaseosa de otros productos de descomposición volátiles. Se sugiere que dependiendo de la química del aditivo, también funcionan en la fase gaseosa como inhibidores de llama, interrumpiendo el ciclo de generación de radicales libres. Se cree que algunos compuestos organofosforados son suficientemente estables en condiciones de llamas para funcionar mediante una acción física de fase gaseosa, en la que actúan como una manta para excluir el oxígeno de la llama. Algunos investigadores como Van der Veen y de Boer han revisado las propiedades y la toxicidad de varios retardantes de fuego a base de fósforo.
Un problema importante de algunos retardantes de fuego a base de fósforo (p. Ej., Fosfato de monoamonio, MAP), que se encuentran predominantemente en los Estados Unidos, es la reducción en servicio de la resistencia de los productos de madera tratada (particularmente el revestimiento de techos de madera contrachapada). Esta reducción en la resistencia ocurre cuando los miembros de madera están expuestos a temperaturas elevadas que a menudo se experimentan como resultado de cargas solares en aplicaciones de techos. Se atribuye tanto al pH inicial de la madera como a la capacidad de amortiguación del sistema ignífugo. Como resultado, se promovieron los tratamientos con boro como la solución al problema del fosfato. Por supuesto, dada la reclasificación de la toxicidad del boro, las soluciones alternativas, como el silicio, pueden requerir investigación para aplicaciones de techado.
Existe una amplia gama de compuestos de fósforo que imparten resistencia al fuego a los polímeros, debido a la existencia de varios estados de oxidación de fósforo, 0, +3 y +5 y la gran cantidad de estructuras posibles que se pueden unir a un átomo con cinco enlaces químicos. El fósforo rojo elemental, los fosfonatos y los fosfinatos son todos retardadores de fuego típicos; En la madera, el fósforo se usa más comúnmente en forma inorgánica, promoviendo típicamente la formación de carbón en lugar de la inhibición de la fase gaseosa.
En la fase condensada, la descomposición térmica de los compuestos inorgánicos a base de fósforo forma ácido fosfórico, que se condensa para formar pirofosfato y agua. El agua liberada diluye la fase de gas oxidante y tanto el ácido fosfórico y el pirofosfato de promover la deshidratación de alcoholes terminales de madera, la reticulación de la estructura de la celulosa y la promoción de la capacidad natural de la madera. Esta capa de carbón es responsable de la limitación de la difusión de oxígeno, el aislamiento térmico de la estructura subyacente y la reducción de la volatilización del combustible para evitar la continuación del ciclo de combustión. La liberación endotérmica de agua durante la condensación del ácido fosfórico también enfriará la madera y diluirá los gases de pirólisis volátiles.
Los compuestos organofosforados no se utilizan con frecuencia en aplicaciones comerciales de madera y se sabe que algunos tienen una alta volatilidad. Los fosfonatos se usan ocasionalmente por sus habilidades de promoción de carbón, un ejemplo del cual ha sido patentado por Hansel. El residuo de carbón se incrementó y la resistencia a la tracción del sustrato no se vio afectada significativamente. No se proporcionaron datos de lixiviabilidad del producto químico ignífugo; sin embargo, se hizo referencia a usos interiores, por ejemplo, muebles, accesorios interiores y accesorios interiores de medios de transporte.
Los compuestos organofosforados a menudo se combinan con halógenos y viruta de pino modificado con compuestos de alquil y fenilclorofósforo usando piridina. Se informó de una reducción de la temperatura de la tasa máxima de pirólisis de hasta 90°C y un aumento en la formación de carbón de hasta un 29%. La eficiencia de los fenilfosfatos se vio favorecida en comparación con los análogos de alquilo y el orden de efectividad se atribuyó, según se esperaba, a la acidez y la estabilidad térmica, es decir, fosfato> fosfonato> fosfinato.
Hay intereses en combinar retardantes de fuego con sistemas conservantes para proteger contra la biodegradación y mostraron que, junto con un conservante a base de cobre, la impregnación de la madera con un retardante de fuego organofosforado redujo en un 15% adicional. También informaron un efecto de la resistencia a la descomposición y el control de termitas solo del retardante de fuego.
