REPORTE DE LA INVESTIGACIÓN:

Resumen

Se obtuvieron productos a nivel laboratorio de retardantes a la flama libres de halógenos y reactivos contaminantes, sustituyendo a los polibromados , los cuales se aplicaron a diferentes polímeros con resultados satisfactorios mediante diferentes métodos experimentales con factibilidad desde el punto de vista químico, de formular polímeros usando como retardante a la flama las novolacas, involucrando la evaluación de las pruebas requeridas en las normas internacionales sobre flamabilidad de los polímeros. Asimismo determinar la concentración óptima de novolaca en la cual el polímero no pierde sus propiedades para cumplir su función en un producto y al mismo tiempo resiste a la llama. Así mismo con la cáscara de huevo Los resultados obtenidos indican que las novolacas y la cáscara de huevo cumplen con los requerimientos de un retardante a la flama, y lo mas importante de este trabajo experimental, es que no genera algún impacto negativo al ambiente, ni al hombre, al contrario; es una alternativa ayuda a solucionar uno de los mas grandes problemas actuales: la contaminación. INTRODUCCIÓN

Esta investigación surge al considerar el auge de la contaminación ambiental en nuestros días, específicamente en el aire, como un factor que causa daños a la naturaleza y al hombre mismo. Tratar este tópico es un trabajo muy amplio, por lo que en este proyecto se plantean dos alternativa para solucionar en parte este problema, y es evitar el uso de retardantes a la flama halogenados en polímeros, que inhiben las llamas pero generan una gran cantidad de gases y humos halogenados altamente dañinos para los seres vivos a los cuales entre otras enfermedades le producen cáncer, ya que estas sustancias están considerados como compuestos orgánicos persistentes (COP),compuestos afines a las grasas, detectándose en focas, salmón etc. a los cuales les ha producido deformaciones y diferentes enfermedades, al ser liberados a la atmósfera durante la combustión del polímero, afectando a las diferentes cadenas tróficas. Lo que más realza la importancia de estos compuestos y sus consecuencias, es que se producen en grandes cantidades cada año, con aplicaciones en gran escala principalmente en polímeros que son altamente susceptibles a la combustión y produciendo reacciones que causan un daño irremediable. Esta propuesta se basa en usar las novolacas como retardantes a la flama en polímeros con la finalidad de evitar sustancias base halógeno, estas resinas termofijas son capaces de cumplir con la función de retardar la ignición, pero sin producir daños al ambiente, y la otra alternativa es utilizar la cáscara de huevo, la cual contiene carbonato de calcio y fósforo que son buenos retardantes a la flama de origen natural. Solo mencionarémos al tetrabromobisfenol “A”, que es uno de losl retardante a la flama más utilizado en todo el mundo, tiene una demanda de 60,000 toneladas anuales. Se utiliza como reactivo o como aditivo retardante de flamas de polímeros como el ABS, y las resinas epóxicas y policarbonadas, poliestireno de alto impacto, resinas fenólicas, y adhesivos. [6] Sin embargo, recientemente estos compuestos han recibido una atención diferente, ya que varias investigaciones han comenzado a advertir sus propiedades tóxicas. Si bien la evidencia científica es aún incompleta o difícil de interpretar, las organizaciones civiles y ambientalistas han comenzado a destacar el problema, y como contraparte, las autoridades reguladoras, las empresas fabricantes y las instituciones responsables de la protección civil, ambiental y del combate a incendios, están reconsiderando el uso de estos productos, avocándose a la búsqueda y desarrollo de alternativas ambientalmente seguras y sin riesgos para el

consumidor. En comparación con los bifenilos policlorados (BPC), es poco lo que se sabe de los efectos sobre la salud humana por exposición a los PBDE. Los primeros estudios sugieren que estos efectos pueden incluir cáncer, daño hepático y disfunciones de la glándula tiroides. Investigaciones recientes realizadas en ratones mostraron efectos adversos en neurodesarrollo, capacidad de aprendizaje, memoria y comportamiento.

Sin embargo, en México se ha tenido poco estudio sobre los retardantes a la flama actuales y su efecto al ambiente por ello, es necesario evaluar los usos de estos, en los diversos sectores industriales como la industria electrónica, la textil, entre otras, así como el grado de contaminación presente por el uso de estas sustancias En la siguiente tabla se muestra un análisis de los componentes primarios de algunos retardantes a la flama considerando si sus componentes son contaminantes solo al momento de quemarse, o si también, cuando es considerado basura el material de donde provienen. Métodos y materiales

LAS NOVOLACAS

Las novolacas pertenecen al grupo de resinas conocidas como termofijas, son productos de un método homogéneo de polimerización y se obtienen principalmente por policondensación. Además por una reacción química de entrecruzamiento que se le llama curado, sufren una transformación física y química irreversible para transformarse sustancialmente en infusibles e insolubles. Las resinas termofijas mas importantes desde el punto de vista Las resinas fenólicas son productos de la policondensación de aldehídos empleando iniciadores de carácter ácido o básico según se requiera. Su característica principal es que después de ser moldeadas al calentarse nuevamente no se funden o deforman. [1]

Las novolacas se obtienen usando catalizador ácido con una relación fenol/formaldehído menor a uno, si esta relación es mayor a uno, entonces la reacción se torna incontrolable. Sin embargo si se utiliza catalizador básico se obtiene un resol siempre y cuando la relación fenol/formaldehído sea mayor a uno, si esta relación es menor, se obtiene una novolaca altamente sustituida en posición orto. La estructura de las novolacas se muestra en la figura 1. [1]

Figura 1. Estructura la las novolacas.

El cuadro conceptual 1, muestra en forma resumida las principales características de cada tipo de resina fenólica:

OH

CH2 CH2 CH2

CH2

CH2

OH OH

CH2

CH2

CH2CH2

OH

CH2

OH

CH2 CH2

OH

CH2

CH2 CH2

OH

CH2

OH

Cuadro conceptual 1. Diferencias entre novolacas y resoles.

En general se puede clasificar el tipo de resina obtenido en función del catalizador y la relación molar fenol-formaldehído aplicada, en la tabla1, se muestra el resultado de estos factores:

TABLA 1. influencia de la catálisis en la obtención de una resina fenólica.

CATALISIS RELACIÓN FENOL/ FORMALDEHIDO

>1 <1

ÁCIDA REACCIÓN INCONTROLABLE

NOVOLACAS

ALCALINA RESOLES NOVOLACA SUSTITUIDA ORTO

También se tiene que para determinados fines prácticos existen ciertas variables que pueden ser controladas para producir ligeros cambios en las propiedades finales de la resina tales como:

Tiempo de reacción.

Temperatura de reacción.

Orden de adición de los reactivos.

pH de la reacción.

Calidad del fenol y formaldehído empleados.

Uso de modificadores durante o después de la reacción.

Plan de trabajo experimental. Se presenta a continuación un esquema del plan de trabajo que se siguió.

DIAGRAMA DE BLOQUES 1 Método de trabajo experimental.

FENOLES ALDEHIDOS

Formaldehído Acetaldehido

furfuraldehido

Cresoles Xilenoles

Resorcinoles

Catalizador alcalino

Resoles

autocurables

Catalizador ácido

Novolacas

No autocurables

1) Formulación del polietileno con novolacas del 3-20%

Consiste en elaborar formulaciones por cien partes de resina, a diferentes concentraciones de novolaca, 3, 5, 7, 9, 10, 15, 18, 20 %, tomando en cuenta que un polímero no puede llevar mas del 20% de aditivo, ya que

pierde propiedades. Las formulaciones se guardan en bolsas herméticas para evitar que las novolacas absorban humedad ambiente.

3) Obtención de probetas por inyección respetando las medidas

determinadas por normas ASTM y UL. Se procede al proceso de inyección de las formulaciones anteriores, usando como moldes la barra rectangular indicada por las normas de Underwriters

Laboratories, y la probeta para la prueba de tracción ASTM D-638. Esto se realizó en una inyectora marca Vulcano, del laboratorio de química orgánica y polímeros.

APLICACIÓN DEL MÉTODO EXPERIMENTAL SELECCIONADO:

FORMULACIÓN

En esta etapa, se formuló el polietileno a diferentes concentraciones de novolacas, tomando como base 100 partes de resina, desde el 1% hasta el 20%, ya que un retardante a la flama no debe sobrepasar el 20 porciento en una formulación. En la siguiente figura se muestran los pellets del polietileno combinados con su respectivo porcentaje de novolaca:

Figura 6. Pellets de Polietileno formulado.

INYECCIÓN DE PROBETAS

Las muestras formuladas, se sometieron a inyección para obtener las probetas según las normas ASTM para medición de propiedades mecánicas y normas UL para medir su comportamiento en la flama, estas normas fueron detalladas en el capítulo segundo de esta tesis.

4) Pruebas físicas a) Determinación del índice de oxígeno

b) Medición de la temperatura de ignición c) Determinación de la resistencia a la propagación de fuego.

5) Caracterización ASTM a) Prueba de flamabilidad vertical para materiales plásticos. b) prueba de flamabilidad horizontal para materiales plásticos.

c) Pruebas de resistencia a la tensión y compresión. d) Pruebas de resistencia al impacto

6) Análisis económico y conclusiones

En la siguiente serie de figuras se muestra el equipo usado y las probetas obtenidas.

Figura 7 Máquina de inyección utilizada.

Figura 8. Molde de las probetas para prueba de tensión.

Figura 9. Probetas obtenidas para la prueba de tensión y flamabilidad

PRUEBAS FÍSICAS

Posteriormente a la obtención de las probetas por inyección se iniciaron las pruebas físicas, que son la medición del tiempo de duración de la flama respetando las normas UL- 94 tanto para la

prueba de flamabilidad vertical como la horizontal.

En la figura 10 se muestra el momento en que se inicia la prueba, la probeta se coloca entre las pinzas de tres dedos para sostenerla, mientras que el mechero se coloca debajo de la misma y en ese momento se inicia el conteo del tiempo tanto de inicio de la flama como de terminación

de la misma.

Figura 10. Prueba de flamabilidad horizontal al polietileno formulado con novolaca como

retardante a la flama

En la siguiente figura se muestra una probeta en el momento en que inicio su ignición, en la primera prueba se le retira inmediatamente el mechero y se mide el tiempo en el que se extingue la flama, mientras que en la segunda prueba se le coloca 10 segundos la flama directa del mechero y se retira al terminar este tiempo, en ese momento se inicia el conteo del tiempo para la extinción de la flama.

Figura 11. Probeta en el proceso de combustión.

En la siguiente figura se observa la condición de las probetas al final de las pruebas: la que estaba formulada a 0%, se extingue totalmente, la que tenia formulación al 10% es observa en la parte superior a la figura y la que estaba formulada al 15% se observa en la parte inferior. Los cambios son notables.

Figura 12. Estado final de las probetas.

En la siguiente tabla, se presentan los resultados de las pruebas, la probeta con un porcentaje de novolacas al 15% inicia la flama a los 10.58 segundos, en ese momento se le retira el mechero y el tiempo se cuenta hasta que la flama desaparece, en este caso a los 12.59

segundos, con una variación de 2 segundos, la que tenia 0% de novolaca, se extingue totalmente. A medida que aumenta el porcentaje de concentración de novolaca la variación entre el tiempo de inicio de la flama y término de la misma, va disminuyendo.

Tabla 4. Tiempos de inicio y terminación de la flama

Si se grafican los datos es más fácil observar la reducción de tiempos al aumentar la

formulación:

GRAFICA 3.1 COMPARACION ENTRE TIEMPO DE INICIO Y

EXTINCIÓN DE LA FLAMA

0

4

8

12

16

0 5 10 15 20

CONCENTRACIÓN (%)

TIE

MP

O (

SE

G) inicio de la

flama

extinción

de la flama

Gráfica 1 comparación entre el tiempo de inicio y de terminación de la flama.

Lo anterior indica que efectivamente las novolacas están ayudando a retardar la ignición y desaparecerla sin otro agente externo, esto tiene como base en que las mismas novolacas son autoextinguibles. En la siguiente tabla se analiza el tiempo de duración de la flama, posterior a los diez segundos de flama directa de mechero, de acuerdo a la prueba UL, se observa que a medida que aumenta la formulación, disminuye el tiempo de extinción de la flama.

% Formulación Novolaca

100 partes resina

Inicio de la llama (segundos)

Término de la llama (segundos)

Variación (segundos)

0 2.40 No se extingue la flama

-----

5 3.50 8.52 5.02

10 7.38 11.5 4.12

15 10.58 12.59 2.00

Tabla 5. Tiempos de terminación de la flama posterior a los 10 segundos de contacto directo

con el mechero.

% Formulación Novolaca 100 partes resina

Tiempo total de extinción De la flama (segundos)

0 No extinguible

5 29

10 20

15 12

En la siguiente tabla se describen algunas características observadas cualitativamente en las probetas obtenidas:

Tabla 6. Características observadas en las probetas antes de la prueba.

Lo anterior muestra que a medida que se le aumenta el porcentaje de novolaca al polietileno sus propiedades van siendo afectadas. La formulación ideal se encuentra entre el 10 y el 15% ANÁLISIS DE RESULTADOS

Anteriormente se presentó el procedimiento experimental y los resultados obtenidos al formular el polietileno usando novolaca como retardante a la flama, al realizar las pruebas de Flamabilidad horizontal y vertical propuestas con Underwriters Laboratories y las pruebas mecánicas de tensión, tracción y módulo de elasticidad, se tiene como resultado que la concentración óptima de novolaca es al 12 porciento por cien partes de resina, este análisis se realizó en base a los resultados obtenidos de las probetas sometidas a las pruebas en una concentración desde el 2% hasta el 15%. En la siguiente figura se observa como al aumentar la concentración de novolaca las probetas cambiaban su coloración, lo cual afecta el comportamiento del polímero.

% Formulación Novolaca

100 partes resina

Observaciones en el material

Antes de la prueba

0 Apariencia tradicional

5 Apariencia tradicional

10 Cambio en la coloración

15 Quebradizo

Figura 13 Influencia de la concentración en las probetas obtenidas.

No se continuó con formulaciones superiores al 15 % debido a que a esta concentración ya el polímero presenta unas propiedades mecánicas bastante deficientes, en el 15% de novolaca el módulo elástico se ve reducido en un 20% al módulo del polietileno en su forma pura, de manera que se vuelve ya no en un beneficio para el material, si bien el retardo a la flama a esa concentración va incrementando por la presencia de los grupos hidroxilo pertenecientes a la novolaca, las aplicaciones serían muy pocas o probablemente ninguna, ya que tiene una apariencia quebradiza y una alta opacidad, lo que le hace perder estética. Si bien al 12% de concentración no se registra el tiempo mayor de retardo a la flama como lo es al 15%, es interesante recalcar que al 12% las propiedades solo se ven afectadas en opacidad, no al grado que el 15%, sin embargo las propiedades mecánicas se ven disminuidas solo en un 5% del módulo elástico en comparación con el módulo de la resina en estado puro. Al terminar esta experimentación se comprueba que efectivamente las novolacas actúan como buenos retardantes a la flama, esto es deseable desde el punto de vista químico, pero sobretodo desde el punto de vista ambiental, ya que actualmente el mercado de los retardantes a la flama está dominado por compuestos halogenados de cloro y bromo, comúnmente compuestos de cadena cíclica, que generan grandes cantidades de humos contaminantes en los incendios. Esta alternativa se debe de considerar, debido a que las novolacas han sido sacadas del mercado de los polímeros como sustancias puras y solo se les encuentras en compositos, debido a que los industriales consideran que no tienen una buena aplicación de manera directa. Con esto se contribuye a poder expandir el mercado de las novolacas

RECOMENDACIONES

Por lo tanto en este trabajo se propone trabajar con una concentración de novolaca al 12% aplicada como retardante a la flama en el polietileno, sin embargo, el polietileno es uno de los termoplásticos con mas bajo índice de fusión e ignición, por lo que sería recomendable trabajar con la misma sustancia pero en polímeros de ingeniería que tienen una mayor aplicación en situaciones expuestas a fuego directo o en situaciones que pueden presentar incendios.

CONCLUSIONES

En base al análisis de la experimentación realizada y a los resultados obtenidos en la parte experimental de esta tesis, se puede concluir con los siguientes puntos:

o Se comprobó la efectividad de las novolacas aplicadas como retardantes a la flama, esto es de gran utilidad para evitar mayor contaminación por los compuestos orgánicos persistentes, ya que el mercado de los retardantes a la flama esta dominado por compuestos clorados y bromados, dañinos al ambiente.

o La concentración óptima a la que las novolacas actúan como un buen retardante a la flama y las propiedades del polímero no se ven muy afectadas es al 12%, si se aumenta la concentración, la resistencia a la flama es mayor, pero el polímero es seriamente afectado en sus características físicas y mecánicas, mientras que a una concentración menor, no tienen mucha influencia en la extinción de la flama.

o El empleo de las novolacas como retardantes a la flama solo presenta problemas de contaminación y/o peligro en la obtención de la materia prima, ya que provienen de fenol y formaldehído por lo que se debe tener mucho cuidado al obtenerlas, ya en el proceso no hay peligro ni contaminación porque ya están curadas y neutralizadas, de modo que no se corre riesgo en su manejo.

o Los parámetros a controlar en la inyección de los especimenes de prueba son el tiempo, no mayor a 5 minutos de calentamiento y una temperatura no superior a los 120ºC.

o Se sugiere realizar pruebas con resinas que se apliquen directamente en situaciones en las que el polímero este expuesto al fuego, tales como recubrimientos en telas de bomberos, partes de automóvil y de cómputo, ya que este estudio fue solo para demostrar que las novolacas son efectivas al usarlas como retardantes a la flama.

SEGUNDA METODOLOGÍA CON LA CÁSCARA DE HUEVO.

El carbonato de calcio

El carbonato de calcio es un compuesto químico, de fórmula CaCO3, que se obtiene por molienda fina o micronización de calizas extremadamente puras, por lo general con mas del 98.5% de contenido, una pureza mínima del 97% y un tamaño de grano inferior a 45 mm. Es una sustancia muy abundante en la naturaleza, formando rocas, como componente principal, en todas partes del mundo, y es el principal componente de conchas y esqueletos de muchos organismos (moluscos, corales) o de las cáscaras de huevo. Es la causa principal del agua dura. Tiene un peso molecular de 100.09 g/gmol y una solubilidad de 1.3mg por cada 100 g de agua, con una gravedad especifica de 2.75 y un punto de fusión de 880°C, y es de altísimo valor para

los retardantes a la flama debido a que es 0% flamable.

Figura No. 1. Cáscaras de huevo. Fuente de carbonato de calcio.

Las aplicaciones industriales del carbonato de calcio son incontables. En términos generales se utiliza como carga para papel (en sustitución del caolín) y plásticos (como retardante a la flama y mejoramiento de la velocidad de extrusión y las propiedades mecánicas del plástico), en la industria química básica, en la de pinturas y adhesivos, en la del vidrio, cerámica, para cosmética y en la industria farmacéutica. En las industrias agropecuarias se utiliza para alimentación animal y para el refino de azúcar. El carbonato de calcio compite ventajosamente con otros minerales utilizados para cargas, por su precio, mucho mas bajo que la sílice micronizada, el talco, el caolín, la mica, y la wollastonita.

Figura No. 2. Piedra caliza. Fuente de carbonato de calcio.

El carbonato de calcio es el mineral más importante para la industria del plástico debido a sus propiedades inhibidoras a la flama. El carbonato de calcio se caracteriza por las siguientes propiedades:

Alta pureza, lo que deja del lado cualquier efecto catalítico adverso en al envejecimiento de los polímeros.

Alto grado de blancura.

Bajo índice de refracción, permitiendo tonos pastel y blancos.

Baja abrasividad, mejorando el tiempo de vida de las maquinas y equipos.

Buena dispersabilidad.

Bajo costo.

Figura No. 3. Carbonato de calcio.

Las aplicaciones más importantes se dan en:

PVC plastificado.

Plastisoles de PVC.

PVC rígido.

Polipropileno

Polietileno

Resinas de poliéster no saturadas. El carbonato de calcio es utilizado extensivamente en hules y plásticos, especialmente en PVC plastificado, rígido y poliolefinas, el tratamiento superficial de carbonato de calcio brinda las ventajas de baja absorción de plastificante y mayor dispersión.

MÉTODOS Y EXPERIMENTACIÓN

Experimento No. 1

1. Se recolectan las cáscaras de huevo, se lavan perfectamente. 2. Se procede a la desproteinización con NaOH durante un periodo de 12 horas 3. Se sacan las cáscaras del NaOH con la proteína absorbida. 4. Se cepillan las cáscaras manualmente y se enjuagan.

Figura No. 4. Recolección, lavado, desproteinizado y secado de las cáscaras de huevo.

5. Se dejan secar, y se procede a la trituración

Figura No. 5. Triturado de las cáscaras de huevo para obtener el polvo de carbonato de calcio.

Experimento No. 2

Para este experimento los primeros cinco pasos son iguales, por lo que los omitimos. 6. Se hace la digestión química en frío con HCl analítico o comercial

Figura No. 6. Digestión en frío.

7. Se filtra y se precipita con Na2CO3 comercial.

Figura No. 7. Filtrado del cloruro de

calcio.

Figura No. 8. Precipitación con

bicarbonato de sodio.

8. Se filtran los productos obtenidos, tendremos salmuera en la parte líquida y CaCO3, en el papel filtro.

Figura No. 9. Filtrado de carbonato de calcio.

9. Se seca a 70°C por dos horas.

Se seguirá la siguiente estequiometria:

Se observo que la obtención analítica del carbonato de calcio a partir de las cáscaras de huevo es buena, ya que se mando a hacer la caracterización por espectroscopia infrarroja y por absorción atómica, y nos arrojo resultados positivos, pero con una concentración un tanto baja de carbonato de calcio, a diferencia con es espectro del primer experimento. Una vez obtenido y caracterizado el carbonato de calcio se procedió al método de inyección. Método de inyección Materiales

Polietileno de alta densidad Policarbonato Acrilonitrilo-Butadiendo-Estireno Polipropileno Formulación Para cada uno de los materiales se hizo una proporción de acuerdo a los gramos obtenidos de carbonato de calcio y de ahí se partió para la relación del porcentaje del 5%, 10%, 15% y 20% de retardante a la flama; ya que la cantidad de retardante que debe llevar un plástico es del 8 al 20%. El mezclado se realizo en un recipiente de cristal con una espátula moviendo continuamente para cada muestra, durante un tiempo de mezclado de 15 minutos para cada formulación Inyección

El moldeo del material de prueba (probetas) se lleva a cabo en una inyectora marca Vulcano Velocidad del husillo 50 rpm Presión de inyección 160 lb/in2 Especimenes moldeados 10 barras de ½” * 1/8” (127 * 12.7 * 3.18 mm) por cada formulación

Figura No. 10. Inyectora marca Vulcano

Pruebas de evaluación Las pruebas de evaluación, realizadas con las probetas moldeadas, implican como parámetro principal a la flamabilidad.

Figura No. 11. Probetas obtenidas de la inyección

La medición se hizo de acuerdo al método propuesto por UL 94 parte 3 pruebas de flamabilidad con probetas en posición vertical y horizontal.

Figura No. 12. Posición horizontal

Pruebas de flamabilidad vertical para materiales plásticos método UL 94, clasificación 94 V0, V1 y V2. Resumen del método: se enciende el material plástico con una flama de gas. El tiempo que la muestra tarda en quemarse a lo largo (independientemente de su posición), después de haber

retirado la flama de gas, se utiliza para asignar una velocidad de quemado al material que se está analizando. Las probetas empleadas para la determinación son barras moldeadas por inyección con las siguientes dimensiones: 5” * ½” * 0.125” (127mm * 12.7mm * 3.18 mm)

Probetas moldeadas de polietileno de alta densidad Procedimiento:

Acondicionar las probetas y utilizar el equipo adecuado como se indicó anteriormente Sujetar cada probeta por un extremo a ¼” con su eje longitudinal vertical, de tal modo que

su extremo inferior quede a 12 “de una capa de algodón absorbente. Encender el mechero en un lugar alejado de la probeta y ajustarlo para que produzca una

flama azul de ¾ “de altura. Colocar la flama centralmente bajo el extremo inferior de la probeta por 10 segundos.

Enseguida alejar el mechero pro lo menos 6 “de ella y anotar la duración de la llamarada. Cuando se apague la muestra, colocarle nuevamente la flama del mechero como se realizó inicialmente; retirar el mechero y anotar la duración y tiempo de llamarada y brasa existente.

Si la probeta gotea material fundido o encendido durante cualquiera de las aplicaciones de flama, el mechero deberá ser inclinado a un ángulo de 45° y alejado ligeramente 0.5 “lateralmente de la probeta durante la aplicación de la flama, para evitar que las gotas del material caigan dentro del tubo del mismo.

Capacidad de arder según U.L. 94

Los métodos de prueba destacados por los Laboratorios Americanos Garantes son, normalmente, los más usados para definir la capacidad de arder de un polímero plástico. Hay que especificar si el material se ha modificado con un extintor de fuego o si no posee halógenos. La primera prueba HB determina la no inflamabilidad de un polímero. Las pruebas V.0, V.1, V.2 determinan el grado de auto-extinción de un polímero.

Figura No. 13. Probetas después de realizada la prueba.

UL 94 HB

Esta prueba mide el tiempo de quema de una muestra de plástico fijada horizontalmente (el espesor se especifica en el test) después de que se haya puesto en contacto con la llama de un quemador Bunsen durante 30 segundos. Según el U.L. 94 HB (Quema Horizontal) el material se clasifica HB. cuando una muestra de un espesor de 3 mm se quema a una velocidad máxima de 76 mm/minuto. UL 94 V.0, V.1, V.2

Esta prueba mide el tiempo de quema de una muestra de plástico fijada verticalmente (el espesor se especifica en el test) después de que se haya puesto en contacto con la llama de un quemador Bunsen durante 10 segundos.

Según U.L. 94 (Quema Vertical) el material se clasifica V.0: cuando el fuego se extingue en 10 segundos.

Según U.L. 94 (Quema Vertical) el material se clasifica V.1: cuando el fuego se extingue en 30 segundos sin goteo.

Según U.L. 94 (Quema Vertical) el material se clasifica V.2: cuando el fuego se extingue en 30 segundos con goteo.

Figura No. 14. Probetas que entraron en las clasificaciones

RESULTADOS PARA LA PRUEBA VERTICAL

Las pruebas de flamabilidad UL tanto para la clasificación 94 VO, V1, V2 y 94 HB fueron utilizados para evaluar las formulaciones del Polipropileno y del Policarbonato hasta el momento, y los resultados se muestran en las tablas siguientes: Tabla 1 Resultados de las pruebas de quemado vertical para el Polipropileno de acuerdo al método de prueba UL 94 para clasificación V0, V1 y V2

MUESTRA TIEMPOS DE

QUEMADO (seg.)

Observaciones Generales Clasifica UL

94

PP T1 T2 Tq A B

F-1 117 - 585 No Si

superficialmente

No

F-2 183 - 918 No Si No tiene

F-3 - 75.6 378 No Si

superficialmente

No tiene

F-4 - 49.6 248 No Si

superficialmente

V2

Donde: T1= tiempo de quemado con la primera flama T2= tiempo de quemado con la segunda flama Tq= tiempo total de quemado

A: la probeta se quema no hasta la pinza que lo sujeta B: Se desprenden o no partículas que incendian algodón Tabla 2 Resultados de las pruebas de quemado vertical para el Policarbonato de acuerdo al método de prueba UL 94 para clasificación V0, V1 y V2

MUESTRA TIEMPOS DE

QUEMADO (seg.)

Observaciones Generales Clasifica UL

94

PC T1 T2 Tq A B

F-1 130 150 608 Si Si

superficialmente

No

tiene

F-2 203 - 930 Sí Si No tiene

F-3 158 80.2 386 No Si

superficialmente

No tiene

F-4 - 54.2 265 No Si

superficialmente

No tiene

2 Resultados para la prueba horizontal Tabla 3 Resultados de las pruebas de quemado horizontal para Polipropileno de acuerdo al método de prueba UL para clasificación HB

MUESTRA Tiempo de

quemado

(min)

Velocidad de

quemado (in/min)

Cesa la flama al

llegar a marca

Clasifica con

especificación

UL 94 HB

PP

F-1 3.1 0.96 No Si

F-2 3.91 0.76 No Si

F-3 4.86 0.61 Si Si

F-4 8.65 0.34 Si Si

Tabla 4 Resultados de las pruebas de quemado horizontal para Policarbonato de acuerdo al método de prueba UL para clasificación HB

MUESTRA Tiempo de

quemado

(min)

Velocidad de

quemado

(in/min)

Cesa la flama al

llegar la marca

Clasifica con

especificación

UL 94 HB

PC

F-1 3.56 0.84 No Si

F-2 4.22 0.71 No Si

F-3 5.68 0.53 Si Si

F-4 9.21 0.325 Si Si

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con los resultados que se tiene obtenidos hasta ahora se observa para el polipropileno lo siguiente: De acuerdo al índice de oxigeno mostrada en la grafica 3.1 se muestra claramente que el polipropileno tiene una concentración mínima de oxigeno, por lo que este tiende a incendiarse más rápidamente lo cual beneficia para poder clasificarlo en las pruebas de quemado de forma vertical. Otra característica que nos permite conocer el índice de oxigeno es que la velocidad de quemado es más rápida en comparación con otros plásticos esto debido también a que se influenciado por la temperatura de ignición. Con los resultados que se tiene obtenidos hasta ahora se observa para el policarbonato lo siguiente: De acuerdo al índice de oxigeno mostrada en la grafica 3.1 se muestra que el policarbonato contiene una concentración mayor de oxigeno en comparación con el polipropileno, lo cual ayuda a retardar en mayor tiempo a la flama lo cual hace que no entre dentro de la clasificación en las pruebas de quemado vertical ya que el tiempo rebasa el límite establecido. Otro aspecto muy importante a que nos ayuda el índice de oxigeno es que debido a que su índice de oxigeno es mucho mayor comparándolo con el polipropileno, hace de igual manera retardar con mucho mayor el tiempo de quemado, lo cual hace que la velocidad de quemado sea mucho más rápida pero en menor tiempo.

CONCLUSIONES

De acuerdo a los experimentos realizados y a los resultados obtenidos hasta ahora podemos concluir que: Primeramente que el Carbonato de Calcio obtenido a partir de la cáscara de huevo si puede ser aplicado como retardante a la flama ya que sus propiedades del plástico no cambien químicamente solo cambia el aspecto físico. Aplicando el Carbonato de calcio una vez analizado y caracterizado en diferentes plásticos actúa de diferente manera logrando que este tenga un comportamiento totalmente diferente en cada uno de ellos.

Al variar las concentraciones de carbonato de calcio en cada plástico, logra dar resultados cada vez mejores lo cual permite hacer la comparación entre los tiempos de quemado para el total de probetas quemadas y la velocidad de quemado que tiene cada uno; ya que esto se ve influenciad por el índice de oxigeno el cual con este simple dato se logra conocer de forma rápida y precisa cual de ellos va a tardar mayor tiempo en incendiar y cual se va a quemar con mayor rapidez. Al realizar al comparación entre ambos plásticos, el polipropileno y el policarbonato se observa que el que si clasifica dentro de las pruebas de quemado horizontal y vertical es el propileno, mientras que el policarbonato solo clasifico dentro de la prueba vertical debido a que la temperatura de ignición es mucho mayor para el policarbonato. IMPACTO

Al concluir esta investigación, decimos que solo es el inicio para proseguir con investigaciones a nivel industrial y científico, ya que si se logra sustituir a los retardantes a la flama halogenados, estaremos reduciendo ya el daño ocasionado principalmente a la fauna de los polos que son el indicativo de la gravedad de estos COP, y forman parte de la cadena trófica de la cual forma parte el ser humano. Y seguramente tendremos un beneficio para la humanidad con seres vivos sanos sin malformaciones y enfermedades terminales, con cadenas tróficas puras y un medio ambiente limpio de estos químicos.