Cuando se trabaja con plásticos en el procesamiento de materiales, es importante tener en cuenta que no todos los plásticos reaccionan al fuego de la misma manera. Un concepto erróneo muy común es el de la tendencia del plástico a fundirse a altas temperaturas, a producir subproductos tóxicos y gotas ardientes, lo que lo hace peligroso y no apto para su uso.
TempRite® Engineered Materials ha desarrollado CPVC para permitir a los desarrolladores de productos diseñar para la seguridad, con fuertes defensas contra el fuego. Las resinas de CPVC, y, por consiguiente, muchos compuestos subsiguientes, no solo son resistentes al fuego, sino que también son químicamente incapaces de favorecerlo.
Además, los ingenieros de producto pueden contar con las siguientes ventajas con las resinas de CPVC TempRite:
- Mayor temperatura de ignición espontánea
- Mejores propiedades ante las llamas y el humo
- Menor densidad de humo
- Mejor resistencia al fuego
- Baja conductividad térmica
Combustión de materiales comunes en comparación con el CPVC
El CPVC de TempRite es resistente tanto a la producción del fuego como del humo a nivel molecular. Si bien existe una reacción entre el fuego y el CPVC (y toda combustión produce humo en cierta medida), su reacción natural no es romperse, sino protegerse.
La cadena habitual de combustión en materiales comunes ocurre de la siguiente manera:
- El oxígeno alrededor del material se calienta y forma oxígeno singlete
- El oxígeno singlete busca una reacción
- Los átomos de hidrógeno se rompen formando radicales libres
- Los radicales libres se activan tanto en el material como en el aire sobre el material
- La cadena molecular del material se vuelve inestable, las partículas volátiles se elevan
- Los volátiles reaccionan con los radicales en el aire para producir fuego
- La combustión de volátiles también se convierte en humo
Por otra parte, el ciclo de combustión del PVC es el siguiente:
- Al calentar el PVC, el ácido clorhídrico se desprende del polímero y se convierte en gas (lo que se conoce como (deshidrocloración en zipper).
- El gas ácido clorhídrico reacciona con los radicales libres, y forma radicales de cloro y agua. (Estos radicales son mucho menos reactivos y no contribuyen al fuego).
- Los dienos conjugados se forman en el polímero, lo que permite que las moléculas de PVC se entrecrucen entre sí.
- La ruptura de las moléculas de PVC se inhibe, ya que la reticulación crea una carbonilla aislante estable en la superficie.
- Los productos de la pirólisis se liberan en forma de humo, pero en menor cantidad.
Ciclo de combustión del PVC
El CPVC de TempRite es un polímero altamente clorado. En el ciclo de combustión del CPVC ocurren los siguientes cambios:
Al igual que el PVC, se produce una deshidrocloración en zipper, sin embargo, ésta se inhibe debido a los átomos de cloro adicionales en la cadena. Por lo tanto, la estructura molecular de un polímero se mantiene estable.
Este proceso más lento promueve la reticulación desde el interior del polímero, restringiendo aún más la formación de volátiles, lo que permite que la carbonilla se forme con mayor rapidez.
Índice limitado de oxígeno
La capacidad de combustión del CPVC TempRite en condiciones atmosféricas normales es muy limitada. Tiene un índice limitado de oxígeno (LOI) muy alto de 60, lo que significa que tendría que haber un 60% de oxígeno en el aire para que el CPVC arda. El PVC común tiene un índice limitante de oxígeno (LOI) de 45.
La atmósfera de la Tierra contiene un 21% de oxígeno. La única forma de que el CPVC de Lubrizol pueda arder en condiciones atmosféricas normales es si se lo expone continuamente a una llama externa. Es más, la combustión cesa en cuanto se retira la llama.
Es importante saber que los polímeros que existen tienen valores del índice limitante de oxígeno (LOI) por debajo del umbral atmosférico y, por tanto, son mucho más propensos a la combustión:
Comparación de materiales: índice limitado de oxígeno
Los materiales por debajo de la línea roja son susceptibles a la combustión en condiciones atmosféricas normales (21% de oxígeno)
Temperatura de ignición espontánea
Un excelente indicador de la resistencia al fuego de un material es su temperatura de ignición; el momento en que suficientes sustancias volátiles reaccionan mediante los radicales libres para provocar un incendio (la ignición espontánea es cuando finalmente se produce el incendio). Se produce cuando un material se calienta lo suficiente como para que se descomponga y libere sustancias volátiles.
En el caso del CPVC, la temperatura de ignición espontánea es muy diferente a la de su competencia:
Qué sucede cuando se expone el CPVC al fuego
Uno de los mayores peligros de los polímeros cuando se exponen a las llamas es el goteo. Esto puede propagar el fuego de un lugar a otro.
Cuano se lo expone al fuego, el CPVC TempRite forma una capa carbonizada, gracias a la rápida reticulación que tiene lugar desde el interior del polímero. Esta barrera no se desprende del material; se extiende para crear una capa de protección, manteniendo la integridad del material en su interior.
Si el CPVC se expone al fuego, la combustión se produce. Sin embargo, se protege durante el proceso sin producir gotas llameantes, y se autoextingue cuando se apaga el fuego.
Esto aporta un nuevo manto de protección al desarrollo de materiales de protección contra incendios, o a la fabricación de productos destinados a usarse en entornos peligrosos.
CPVC y toxicidad del humo
Una cuestión que se plantea en torno a los plásticos y la combustión es qué subproductos peligrosos se producen cuando se queman.
La propagación del humo del CPVC TempRite es naturalmente baja debido a su estructura molecular. La estructura irregular del cloro limita el proceso de deshidrocloración por cremallera, haciéndola más lenta. Forma una barrera de carbón más fuerte y produce menos sustancias volátiles, provocando menos humo como resultado.
Proceso de deshidrocloración más lento del CPVC, que da lugar a una menor propagación del humo
Los productos derivados de la pirólisis se liberan, como en toda combustión, pero no de forma tan peligrosa como el típico humo.
Todos los humos son tóxicos en cierta medida, incluso los productos que "arden de forma más limpia" (como una vela aromática doméstica) liberan productos de pirólisis hacia la atmósfera. La muy limitada producción de humo del CPVC es otra ventaja para los diseñadores de productos que desarrollan sus trabajos en entornos peligrosos.
Aplicación de la resistencia al fuego del CPVC en la fabricación
La resistencia natural del CPVC de TempRite contra el avance, la propagación y la toxicidad del fuego ofrece nuevas e interesantes oportunidades en el desarrollo de productos:
- Construcción: tarima de plástico con efecto madera/madera
- Revestimiento: recubrimiento decorativo exterior (espumado, ligero)
- Carcasa de plástico: para aparatos eléctricos
- Revestimiento vinílico: plástico con efecto madera para la construcción de viviendas en una variedad de colores
