Innovaciones en retardantes de flama intumescentes basados en celulosa

Aunque no lo notemos, los polímeros (muchos comúnmente llamados “plásticos”) se han convertido en parte fundamental de nuestra vida cotidiana por su amplio uso en muebles, autos, celulares, ropa y electrodomésticos, entre otras aplicaciones.

Sin embargo, muchos de los plásticos se queman fácilmente, lo que representa una desventaja para ciertos usos y los convierte en elementos de riesgo para la salud y patrimonio de las personas. Por lo anterior, la resistencia contra el fuego de estos materiales es un punto crucial en aplicaciones como la electrónica, transporte y construcción.

Para lograr que los plásticos no se quemen se les adicionan aditivos llamados retardantes de flama. Utilizar estos aditivos puede representar una diferencia entre la vida y la muerte de las personas involucradas en un incendio.

En los últimos años, la mayoría de los retardantes de flama de alto rendimiento han sido prohibidos o restringidos por razones ambientales y de salud, lo que ha llevado a la búsqueda de retardantes de flama más seguros. Entre las posibles alternativas los retardantes de flama intumescentes (RFI) han ganado un interés considerable, ya que brindan una retardancia al fuego efectiva, con un riesgo mínimo para la salud.

Explicado de forma simple, el mecanismo de acción de los RFI (por sus siglas en inglés) consiste en la formación de una capa de carbono expandida (char) sobre la superficie del plástico, la cual actúa como una barrera aislante. Para la formación de esta barrera, uno de los componentes necesarios es una fuente de carbono. En este sentido, la celulosa, al ser la fuente de carbono más abundante en la naturaleza, tiene una gran oportunidad de uso en RFI.

Desarrollo de retardantes de flama intumescentes basados en celulosa

Debido a su composición, la celulosa es un material con baja resistencia al fuego; cuando se quema, sufre un proceso de oxidación que daña su estructura y deja residuos carbonosos (cenizas). Estos residuos son estables a altas temperaturas y si se combinan con compuestos que propicien su intumescencia, pueden llegar a tener un efecto retardante de flama en los plásticos.

Aunque las propiedades térmicas de la celulosa pueden ser mejoradas por la modificación química de su estructura, muy pocas investigaciones la consideran para aplicaciones de retardancia a la flama. Estas modificaciones implican la introducción de moléculas que contengan átomos que contribuyan a la retardancia. Un ejemplo posible es el polifosfato de amonio (APP), que por sí solo ya ha sido ampliamente reportado para esta aplicación. Además de mejorar las propiedades antiflama, también puede optimizar las propiedades mecánicas, así como la compatibilidad entre la celulosa y el polímero.

El Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) se han dado a la tarea de desarrollar compuestos que tengan mejores propiedades térmicas, mecánicas y antiflama^1,2. Actualmente, nuestro grupo de investigación trabaja en el desarrollo de retardantes de flama intumescentes, basados en celulosa modificada, con el fin de evaluarlos en matrices de polipropileno y polietileno.

Con el desarrollo de este tipo de retardantes de llama se abre el camino para la utilización de residuos orgánicos como fuente de obtención de celulosa, por ejemplo, la cáscara de nuez pecanera o el guayule.