Síntese e caracterização de um polifenilfosfonato contendo 4,4'- dihidroxibenzofenona com potencial aplicação como agente retardante de chamas em materiais poliméricos

Abstract

A combustão sempre ofereceu periculosidade à integridade da vida humana. Entre os materiais disponíveis que apresentam grande aplicação e alta flamabilidade estão os polímeros. Estes materiais têm a composição química baseada em cadeia de carbonos e a sua combustão é um processo, muitas vezes, rápido, com alta taxa de propagação e com liberação de considerável quantidade de energia. Uma das formas de desacelerar esse processo é o uso de aditivos retardantes de chama. Esses materiais apresentam a capacidade de atuar nos mecanismos de combustão e diminuir a velocidade de queima. Hidróxidos metálicos e organohalogenados são os principais aditivos retardantes de chama. Porém, apresentam desvantagens relacionadas à necessidade de alta concentração e liberação de gases tóxicos durante a combustão, respectivamente. Nesse contexto, os polifosfonatos destacam-se como uma nova classe de agente retardante de chama para materiais poliméricos. Neste trabalho foi sintetizado um polifenilfosfonato a partir dos monômeros dicloreto de fenilfosfônio e 4,4?-dihidroxibenzofenona com a técnica de policondensação interfacial, envolvendo uma fase orgânica e outra aquosa. A partir das análises de FTIR, RMN-1H e MALDI-TOF foi comprovado que o método de síntese é eficaz para obtenção de um polifenilfosfonato contendo 4,4?-dihidroxibenzofenona. A otimização do processo de síntese mostrou que com a temperatura de 4°C e com a razão molar de 1,0:1,5 dos monômeros dicloreto de fenilfosfônio e 4,4?-dihidroxibenzofenona são obtidos os polifenilfosnatos de maior valor de massa molar, da ordem de até 10.000 g·mol-1. As análises de estabilidade térmica mostraram que a degradação do polifenilfosfanato produz um resíduo mássico de, aproximadamente, 25%, o que o qualifica para atuação como retardante de chama. Essa propriedade foi avaliada em polietileno de baixa densidade (PEBD). O aditivo foi inserido na matriz polimérica por processo de extrusão com concentrações de 7,5% e 15,0% em massa de polifenilfosfanato. Os resultados de FTIR mostraram que o aditivo não sofreu degradação térmica durante o processo de extrusão. Os filmes de PEBD aditivados com polifosfanato foram testados em relação à flamabilidade. Os ensaios de TGA mostraram que o polifenilfosfonato inicia sua degradação em temperaturas menores que as do PEBD. Porém, produz um incremento de aproximadamente 70 °C na temperatura de degradação do polímero na faixa de temperatura de degradação entre 400 e 500 °C. Os resultados mostraram que houve uma redução na taxa de combustão linear do PEBD da ordem de 20% para uma concentraçãode 15% do aditivo fosforado. Aliada as demais técnicas, fica comprovada a viabilidade de síntese do polifenilfosfonato contendo 4,4?-dihidroxibenzofenona, bem como a sua aplicação como agente retardante de chamas para polietilenos de baixa densidade.<br>

Abstract : The combustion always offered dangerous to the integrity of human life. Among the materials available that have great application and high flammability are polymers. These materials have chemical composition based in a carbon chain and its combustion is a quick process, with high rate of propagation and release considerable amount of energy. One way to slow this process is the use of flame retardant additives. These materials have the ability to act in combustion engines and reduce the burning rate. Metal hydroxides and organohalogen are flame retardant additives, for example. However, they have drawbacks related to the need of high concentration and release of toxic gases during combustion, respectively. In this context, the polyphosphonates are presented as new class of the retardant flame agent for polymer materials. This work was synthesized a polyphenylphosphonate from monomers phenylphosphonic dichloride and 4,4'-dihydroxybenzophenone using the interfacial polycondensation technique, involving an organic and an aqueous phase. From IR-FT, 1H-NMR and MALDI-TOF analysis was confirmed that the synthesis method is effective for obtaining a polyphenylphosphonate containing 4,4'-dihydroxybenzophenone. The optimization of the synthesis process showed that with the temperature of 4 °C and the molar ratio of 1.0:1.5 of monomers phenylphosphonic dichloride and 4,4'-dihydroxybenzophenone are obtained polyphenylphosphonate higher value of molecular weight of the order of up to 10,000 g·mol-1. The thermal stability analyzes showed that the degradation of polyphenylphosphonate produces a mass residue of approximately 25%, which qualifies to act as a flame retardant. This property was evaluated in linear density polyethylene. The additive was added into the polymer matrix by an extrusion process with concentrations of 7.5% and 15.0% by polyphenylphosphonate mass. The FTIR results showed that the additive did not undergo thermal degradation during the extrusion process. Low density polyethylene films with additives polyphenylphosphonate were tested for flammability. TGA tests showed that the degradation polyphenylphosphonate starts at lower temperatures than those of LDPE. However, it produces an increase of approximately 70° C in the polymer degradation temperature on the degradation temperature range between 400 and 500 °C. There was a reduction in linear burn rate of LDPE of about 20% at a concentration of 15% of the phosphorus additive. Coupled with other techniques, it is proven to the viability of polyphenylphosphonate containing 4,4'-dihydroxybenzophenone synthesis and its application as flame retardant agent for low density polyethylene.