Biofenóis fosforilados como agentes retardantes de chama

Abstract

A necessidade em minimizar o risco de incêndio e atender a requisitos de segurança ambiental e de saúde tornou indispensável o desenvolvimento de retardantes de chama não halogenados para aditivar materiais poliméricos. Compostos aromáticos de origem biológica, como linina e tanino, apresentam alta capacidade de carbonização sob a ação do fogo, tornando-os boas alternativas como retardantes de chama. A resistência e reação ao fogo destes biocompostos podem ser melhoradas com a adição de fósforo à suas estruturas. Neste trabalho, a lignina e o tanino foram modificados com dois diferentes compostos fosforados, pentóxido de fósforo e ácido fítico, e adicionados em diferentes proporções à resina epóxi, além da adição dos mesmos sem modificação. O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver sistemas retardantes de chama ambientalmente amigáveis e eficientes na proteção contra o fogo para polímeros. A avaliação dos biocompostos foi realizada a partir das técnicas de pirólise acoplada à cromatografia em fase gasosa (Py-GC/MS), espectroscopia no infravermelho (FTIR), ressonância magnética nuclear (RMN – 13C e 31P), espectrofotometria nas regiões do ultravioleta-visível (UV-VIS), análise termogravimétrica (TGA) e microcalorimetria de combustão (MCC). Já as amostras de compósitos foram avaliadas a partir das técnicas de TGA, MCC, ensaio de inflamabilidade (UL- 94) e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os biofenóis apresentaram potencial para aplicação como retardantes de chama, em especial após a fosforilação, com redução na taxa de liberação de calor. Por fim, apenas os compósitos formulados com lignina e tanino modificados com pentóxido de fósforo apresentaram classificação V0 no ensaio de flamabilidade, destacando-se aqueles com tanino, alcançando esta classificação com menores quantidades adicionadas à resina.

The need to minimize fire risk and to reach environmental and health safety requirements has made it indispensable to develop non-halogenated flame retardants to modify polymer materials. Bio-based aromatic compounds, such as linin and tannin, have a high carbonization capacity under the action of fire, making them good alternatives as flame retardants. The resistance and fire reaction of these bio-based compounds can be improved with the addition of phosphorus to their structures. In this work, lignin and tannin were modified with two different phosphorus compounds, phosphorus pentoxide and phytic acid, and suitable in different proportions to the epoxy resin, also addition without modification. The main objective of this work was to develop environmentally friendly flame retardant systems that are efficient in fire protection for polymers. The evaluation of bio-based compounds it was made using the techniques of pyrolysis coupled with gas chromatography (Py-GC / MS), infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR - 13C and 31P), spectrophotometry in the ultraviolet regions. visible (UV-VIS), thermogravimetric analysis (TGA) and microscale combustion calorimetry (MCC). The composite samples were evaluated using the techniques of TGA, MCC, flammability test (UL-94) and dynamic-mechanical analysis (DMA). Biophenols showed potential for application as flame retardants, especially after phosphorylation, with a reduction in the rate of heat release. Finally, only composites formulated with lignin and tannin modified with phosphorus pentoxide classified as V0 in the flammability test, highlighting those with tannin, reaching this classification with smaller amounts added to the resin.