Combustion de materiales

11

El rol de los ignifugantes libres de halógenos.

Oportunidades tecnológicas para el sector industrial

Vicente Mans

Oviedo, 24 de Noviembre del 2009

El rol de los ignifugantes libres de halógenos.

Oportunidades tecnológicas para el sector industrial

Vicente Mans

Oviedo, 24 de Noviembre del 2009

22

Toxicidad de los humos de la combustión

• Con que gases nos enfrentamos?

• Química de la combustión

• Ignifugación en fase gas y sus consecuencias

• Ignifugación en fase solida y sus consecuencias

• Tendencia actual y factores que la favorecen

Toxicidad de los humos de la combustión

• Con que gases nos enfrentamos?

• Química de la combustión

• Ignifugación en fase gas y sus consecuencias

• Ignifugación en fase solida y sus consecuencias

• Tendencia actual y factores que la favorecen

33

Gases y humos en la combustión

• Para todos los materiales: H2O, CO2 y CO en

función de la concentración de oxigeno, en

fase gas.

• Y siempre con partículas solidas no

combustibles en las condiciones del incendio

(humos ):

• Partículas de carbón =C=C=C

• Partículas de moléculas estables no

inflamables ( antraceno, poli condensados… )

• Que inciden sobre la opacidad

Gases y humos en la combustión

• Para todos los materiales: H2O, CO2 y CO en

función de la concentración de oxigeno, en

fase gas.

• Y siempre con partículas solidas no

combustibles en las condiciones del incendio

(humos ):

• Partículas de carbón =C=C=C

• Partículas de moléculas estables no

inflamables ( antraceno, poli condensados… )

• Que inciden sobre la opacidad

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Gases en la combustión

• Proceso de pirolisis – gases inflamables- combustión con llama



55


• Para los materiales celulósicos podemos tener H2CO, HCO2H


• Para los materiales celulósicos podemos tener H2CO, HCO2H

66



• Para los polímeros termoestables:

• PU ( poliuretano ) : HCN, NOx ,

• UPS ( poliéster insaturado ) : H2CO

• Epoxy : H2CO, trazas HCN



• Para los polímeros termoestables:

• PU ( poliuretano ) : HCN, NOx ,

• UPS ( poliéster insaturado ) : H2CO

• Epoxy : H2CO, trazas HCN

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• Para los polímeros termoplásticos

• Poliamidas : HCN, NOx , NH3, R-NH2

• Poliolefinas ( PP ) : H2CO

• Poliolefinas modificadas ( PVC) : HCl

• Poliesteres ( PET, PBT ): H2CO



• Para los polímeros termoplásticos

• Poliamidas : HCN, NOx , NH3, R-NH2

• Poliolefinas ( PP ) : H2CO

• Poliolefinas modificadas ( PVC) : HCl

• Poliesteres ( PET, PBT ): H2CO

88


Cuando los materiales están ignifugados con aditivos halogenados:

HCl, HBr, HF

Si además proceden de aditivos halogenados sobre fenoles ( DBDO , TBBA,….):

Dioxinas


Cuando los materiales están ignifugados con aditivos halogenados:

HCl, HBr, HF

Si además proceden de aditivos halogenados sobre fenoles ( DBDO , TBBA,….):

Dioxinas

99


En resumen nos enfrentamos en un incendio con:

CO

H2CO

NH3

HCN

NOx

HCl, HBr, HF

Dioxinas

Y otros según se hayan aditivado los polimeros (

SO2,…. )


En resumen nos enfrentamos en un incendio con:

CO

H2CO

NH3

HCN

NOx

HCl, HBr, HF

Dioxinas

Y otros según se hayan aditivado los polimeros (

SO2,…. )

1010


Formación de llama:

Mecanismo por radicales libres y reacción en cadena:

RH + O2 = R + H: + OH: = R + H2O

R + O2 = CO2 + R (C)

Ignifugacion en fase gas:

Con aditivos halogenados

Los halógenos atrapan el H: con formación del acido correspondiente y por tanto bloquean la reacción en

cadena. Las consecuencias son:

1 No hay llama, pero si emisión de gases y humos

2 Poco residuo solido


Formación de llama:

Mecanismo por radicales libres y reacción en cadena:

RH + O2 = R + H: + OH: = R + H2O

R + O2 = CO2 + R (C)

Ignifugacion en fase gas:

Con aditivos halogenados

Los halógenos atrapan el H: con formación del acido correspondiente y por tanto bloquean la reacción en

cadena. Las consecuencias son:

1 No hay llama, pero si emisión de gases y humos

2 Poco residuo solido

1111


Ignifugación en fase solida

El concepto básico es que se previene la

formación de gases inflamables

Hay dos mecanismos:

1 Por efecto endotérmico

2 Por efecto químico (carbonización en lugar de

emisión de gases inflamables )


Ignifugación en fase solida

El concepto básico es que se previene la

formación de gases inflamables

Hay dos mecanismos:

1 Por efecto endotérmico

2 Por efecto químico (carbonización en lugar de

emisión de gases inflamables )

1212


1 Efecto endotermico

Se fundamenta en la absorción de energía

(calor de la fuente de ignición ) que el aditivo

ignifugante usa para descomponer. El material

permanece “frio” y no se generan gases

inflamables.

Ejemplo Al(OH)3 + calor = Al2O3 + H2O


1 Efecto endotermico

Se fundamenta en la absorción de energía

(calor de la fuente de ignición ) que el aditivo

ignifugante usa para descomponer. El material

permanece “frio” y no se generan gases

inflamables.

Ejemplo Al(OH)3 + calor = Al2O3 + H2O

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2 Efecto quimico

El aditivo ignifugante “carboniza” el material donde esta incorporado y evita la formación de gases inflamables

La consecuencia es la reducción importante de humos y gases


2 Efecto quimico

El aditivo ignifugante “carboniza” el material donde esta incorporado y evita la formación de gases inflamables

La consecuencia es la reducción importante de humos y gases

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Comparativa de opacidad de humos con halógenos

(línea naranja) y sin halogenos ( línea verde), en una

cámara NBS

Comparativa de opacidad de humos con halógenos

(línea naranja) y sin halogenos ( línea verde), en una

cámara NBS

Compared Specific Optical Density Graph

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Time [s] 270 570 870 1170

Time [s]

Ds

1515

En este entorno de posibilidades de ignifugar

materiales, el futuro apunta claramente a aditivos que

funcionen en fase sólida por que el mecanismo en si ya no emite gases inflamables que originarían una

cantidad “extra” de tóxicos por el ignifugante, aparte

de los de la combustión del polímero.

Dos motivos:

Exigencia del consumidor

Legislación

En este entorno de posibilidades de ignifugar

materiales, el futuro apunta claramente a aditivos que

funcionen en fase sólida por que el mecanismo en si ya no emite gases inflamables que originarían una

cantidad “extra” de tóxicos por el ignifugante, aparte

de los de la combustión del polímero.

Dos motivos:

Exigencia del consumidor

Legislación

1616

Las OEM ( fabricantes de producto a

consumidor ) en los sectores tecnológicos ya

publicitan que sus equipos no contendrán

halógenos en un plazo determinado.

Apple, Dell, Sony, Samsung, LG…

En transportes públicos ya es un hecho

( tren, avión….)

En automóviles de consumo, las altas gamas

ya lo exhiben en su propaganda. ( las

tapicerías, los salpicaderos,…)

Las OEM ( fabricantes de producto a

consumidor ) en los sectores tecnológicos ya

publicitan que sus equipos no contendrán

halógenos en un plazo determinado.

Apple, Dell, Sony, Samsung, LG…

En transportes públicos ya es un hecho

( tren, avión….)

En automóviles de consumo, las altas gamas

ya lo exhiben en su propaganda. ( las

tapicerías, los salpicaderos,…)

1717

Requerimientos Airbus. (smoke toxicity, ABD 0031 )Requerimientos Airbus. (smoke toxicity, ABD 0031 )

conditionLimit (ABD

0031)

non flaming --

flaming --

non flaming 150

flaming 150

non flaming 1000

flaming 1000

non flaming 100

flaming 100

non flaming 100

flaming 100

non flaming 100

flaming 100

non flaming 150

flaming 150

non flaming

flaming

Hydrogen Cyanide HCN

(ppm)

Smoke Density (DS after 4

min)

Carbon Monoxide CO (ppm)

Nitrous Gases NOx (ppm)

Hydrogen Fluoride HF (ppm)

Sulfur Dioxide Hydrogen

Sulfide SO2 - H2S (ppm)

Pass ABD 0031

(commercial aircraft

interiors" ABD 0031)

Hydrogen Cloride HCl (ppm)

1818

Legislacion, Ensayos

1 Historia

2 Legislacion

Legislacion, Ensayos

1 Historia

2 Legislacion

1919

Historia .Evolución Retardantes de llamaHistoria .Evolución Retardantes de llama

7070´́ss 8080´́ss 9090´́ss todaytoday

firefire firefire

smokesmoke

firefire

smokesmoke smokesmoke

toxicitytoxicity toxicitytoxicity

firefire

environmentenvironment

BudenheimBudenheim

Flame RetardantsFlame Retardants

2020

Legislacion

Aparte de los ensayos de toxicidad y opacidad

inherentes a los ensayos de fuego, hay otras

restricciones…

RoHS :

(Restrictions on Hazardous Substances)

Limita el uso de metales pesados y otros, así

como los bifenilos bromados ( ignifigante que

trabaja en fase gas ).

Legislacion

Aparte de los ensayos de toxicidad y opacidad

inherentes a los ensayos de fuego, hay otras

restricciones…

RoHS :

(Restrictions on Hazardous Substances)

Limita el uso de metales pesados y otros, así

como los bifenilos bromados ( ignifigante que

trabaja en fase gas ).

2121

Legislacion

WEEE( waste of E&E Equipment )

Los residuos de material eléctrico y electrónico,

no deberán contener halógenos.

Existe alguna excepción en el caso del PVC.

Se pretende que al final de la vida útil, el

producto contamine lo menos posible el

medio ambiente ( dioxinas en incineradoras)

Legislacion

WEEE( waste of E&E Equipment )

Los residuos de material eléctrico y electrónico,

no deberán contener halógenos.

Existe alguna excepción en el caso del PVC.

Se pretende que al final de la vida útil, el

producto contamine lo menos posible el

medio ambiente ( dioxinas en incineradoras)

2222

Legislacion

REACH

(Registration, Evaluation, Assesment of Chemicals)

Este programa, ya Ley, esta implementándose en la UE

y se aplica a TODOS los productos químicos que

circulan por el mercado.

Los derivados halogenados, para una correcta limitación

y /o recomendación de uso, tendrán que ensayarse TODOS ellos a ensayos de mutagenicidad, toxicidad,

bioacumulatividad, biodegradabilidad, en el grado superior ( niveles muy bajos de detección)

Evidentemente las consecuencias del registro de los

halogenados, limite su uso a pocas aplicaciones.

Legislacion

REACH

(Registration, Evaluation, Assesment of Chemicals)

Este programa, ya Ley, esta implementándose en la UE

y se aplica a TODOS los productos químicos que

circulan por el mercado.

Los derivados halogenados, para una correcta limitación

y /o recomendación de uso, tendrán que ensayarse TODOS ellos a ensayos de mutagenicidad, toxicidad,

bioacumulatividad, biodegradabilidad, en el grado superior ( niveles muy bajos de detección)

Evidentemente las consecuencias del registro de los

halogenados, limite su uso a pocas aplicaciones.

2323

Conclusiones:

1 El sector industrial debe de adaptarse a estos requerimientos, mediante innovación y preparándose

para cambios profundos estructurales.

2 La legislación sigue la demanda del consumidor, que quiere seguridad y la de los Gobiernos en la tarea de

velar por el medio ambiente.

3 Mecanismos de ignifugación en fase sólida son los

más demandados para un fututo inmediato.

Conclusiones:

1 El sector industrial debe de adaptarse a estos requerimientos, mediante innovación y preparándose

para cambios profundos estructurales.

2 La legislación sigue la demanda del consumidor, que quiere seguridad y la de los Gobiernos en la tarea de

velar por el medio ambiente.

3 Mecanismos de ignifugación en fase sólida son los

más demandados para un fututo inmediato.

2424

Muchas GraciasMuchas Gracias

Combustion de materiales

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