Azoto e zolfo per ritardare alla fiamma PP, LDPE e PS.

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Fiamma

Azoto e zolfo combinati potrebbero essere una tra le risposte alla necessità di sviluppare nuovi additivi esenti da alogeni a basso impatto ambientale che conferiscano proprietà di ritardo alla fiamma a sistemi polimerici. Il sistema ottimale di ritardo alla fiamma e la prestazione ottenibile dipendono, tuttavia, dal tipo di polimero e dall’applicazione.

Come il fosforo, il silicio e l’azoto, anche lo zolfo possiede proprietà ritardanti la fiamma, anche se esse sono state molto meno studiate di quelle degli altri elementi. Tuttavia gruppi disolfuro, come generatori di radicali, utilizzati da soli o in combinazione con composti del fosforo, si sono dimostrati buoni ritardanti di fiamma nel PP e nel PS.

Azoto e zolfo , legati nella forma S-N o S-N-S, rappresentano il cuore di varie molecole sintetizzate il cui comportamento al fuoco è stato investigato in PP, LDPE e PS. In questo studio sono stati preparati una serie di precursori di radicalici basati su strutture di solfenammidi (S-N), divisi in sei gruppi in base alla struttura chimica, al fine di valutare la loro utilità come ritardanti di fiamma nelle poliolefine.

Sulfenamide FR 01

Sono state preparate anche solfenammidi oligomeriche e polimeriche:

Sulfenamide FR 03

La sintesi e la caratterizzazione di questi composti di azoto e zolfo è riportata in un recente brevetto (Wilen, C.E.; Aubert, M.; Tirri, T.; Pawelec, W. Sulfenamides as Flame Retardants. WO2015067736A1).

La stabilità termica di tutti questi composti è stata valutata tramite analisi termo-gravimetrica (TGA) mostrando che essa varia al variare dei sostituenti sugli atomi di azoto e zolfo secondo lo schema seguente:

Sulfenamide FR 04

I radicali generati dalla rottura omolitica dei legami S–N o S–N–S a temperature elevate possono interagire efficacemente con i composti derivanti dalla termolisi dei polimeri dando ottime proprietà di ritardo alla fiamma.  La scelta della struttura SN più idonea dipende dal tipo di polimero utilizzato. Con il polipropilene sono state ottenute classificazioni DIN 4102-1 B2 e UL94 VTM-2 con concentrazioni di solfenammide comprese tra 0.5 e 1 % in peso; in alcuni casi non si è osservato alcun gocciolamento di particelle infiammate. Ache in film sottili di LDPE le solfenammidi hanno soddisfatto il rating DIN4102-1 B2 a basso dosaggio.  Nel caso del polistirene è stata ottenuta la classificazione UL94V-0 (1.6 mm) con un dosaggio del 5 wt % di solfenammide.

Fonte: Polymers 2016, 8, 360

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