I polimeri svolgono un ruolo essenziale nella nostra vita quotidiana, ma hanno anche un aumentato rischio di incendio. I ritardanti di fiamma efficienti sono fondamentali per garantire la sicurezza delle persone e salvaguardare le merci dai pericoli di incendi accidentali.

L'industria dei polimeri si è rivolta ai ritardanti di fiamma per ridurre l'impatto degli incendi causati da polimeri altamente infiammabili. Però, i ritardanti di fiamma convenzionali come i composti alogenati presentano alcuni gravi inconvenienti come la persistenza ambientale e la tossicità. Inoltre, il loro utilizzo è attualmente limitato dal regolamento REACH della Commissione Europea relativo alla registrazione, valutazione, autorizzazione e restrizione delle sostanze chimiche.

Lo sviluppo di nanomateriali resistenti al fuoco per migliorare le proprietà sia meccaniche che termiche è considerata una delle sfide più promettenti nel campo della resistenza alla fiamma. Il progetto NOFLAME, finanziato dall'UE, "ha aperto la porta a nuovi approcci alla resistenza alla fiamma e alla comprensione della degradazione dei polimeri, ampliando così l'applicazione dei polimeri ai nanomateriali, " afferma la coordinatrice Dr. Katharina Landfester. "Insieme alla loro compatibilità ambientale - ritardanti di fiamma privi di alogeni - e alla loro competitività economica, questi materiali cominceranno ad attirare l'interesse commerciale".

Risoluzione dispersione nanomateriali

I partner del progetto hanno sintetizzato nuovi nanocontenitori per risolvere i problemi di scarsa dispersione e bassa adesione all'interfaccia di nanomateriali inorganici e ibridi. Ciò li renderebbe adatti per applicazioni ritardanti di fiamma, in particolare con l'incapsulamento di composti ritardanti di fiamma organici e inorganici. "Porterà a nuove applicazioni, dove l'applicazione di gusci organici è limitata dalla loro bassa stabilità termica e alta infiammabilità, " spiega il dottor Landfester.

"La capacità di incapsulare un'ampia gamma di sostanze rende i nanocontenitori molto desiderabili nello sviluppo di nanomateriali multifunzionali per applicazioni future, " sottolinea il Dr. Landfester. L'incapsulamento di cere di paraffina, un materiale di accumulo di energia termica per gli edifici, ne è un esempio.

Gli scienziati hanno ottenuto un'elevata stabilità dell'emulsione per mesi senza l'aggiunta di alcun lipofobo. Hanno osservato che l'uso di un microfluidificatore per l'omogeneizzazione ha fornito una distribuzione granulometrica più uniforme e ha dato una maggiore stabilità, ripetibilità e scalabilità dell'emulsione rispetto al metodo ad ultrasuoni.

I nanocontenitori incorporati nelle matrici polimeriche hanno mostrato una buona dispersione in resine epossidiche, un notevole aumento del salmerino a 600 ºC e una riduzione del rilascio totale di calore. Ciò significa che i nanocontenitori bruciano più lentamente del materiale commerciale di riferimento.

Aprire la strada ai nanocontenitori ritardanti di fiamma

I risultati mostrano che i nanocontenitori sintetizzati hanno migliorato la stabilità termica e ridotto l'infiammabilità quando incorporati nelle resine epossidiche. "NOFLAME si tradurrà direttamente in una migliore comprensione dei meccanismi ritardanti di fiamma e della dispersione delle strutture polimeriche da parte di altri ricercatori nei nanomateriali ritardanti di fiamma e nella scienza dei colloidi, " spiega il dottor Landfester.

Gli sforzi di ricerca hanno anche contribuito alla conoscenza dello scale-up della miniemulsione polimerica tramite microfluidizzatore. Il team del progetto sta attualmente eseguendo studi su scala di nuovi materiali per bio-applicazioni. "La nostra ricerca avrà un impatto importante sull'industria dei polimeri perché le aziende stanno attivamente cercando di cambiare i loro ritardanti di fiamma convenzionali con altri meno tossici che siano in linea con REACH, " conclude il dottor Landfester.