Investigadores de CIQA desarrollan nanocompuestos retardantes de fuego

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20 septiembre, 2018

Evitar y prevenir accidentes provocados por fuego son los principales objetivos de científicos del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) que desarrollan materiales con propiedades especiales para retardar la propagación del fuego en diversos objetos.

Para lograr el cometido, los especialistas trabajan con compuestos a nivel nanométrico con propiedades que permitan inhibir la expansión del fuego al momento de un accidente en diversas industrias o diferentes objetos de uso cotidiano.

Con el respaldo de la experiencia del CIQA en el desarrollo de materiales especiales para seguridad y prevención de accidentes como incendios, esta innovación busca beneficiar sectores industriales como el electrónico, automotriz, textil, del cableado, electrodomésticos, entre otros.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, los investigadores explican el proyecto, su importancia y su potencial de impacto en diferentes niveles, desde el sector científico y empresarial especializado, hasta el hogar y objetos personales del consumidor promedio.

Impacto en la industria y el hogar

CIQA cuenta con experiencia previa en desarrollo de materiales resistentes al fuego para mayor seguridad en el sector industrial, a partir de la necesidad de una empresa del giro del cable.

El proyecto se trabajó por más de seis años, empleando hidróxidos metálicos de elementos como el magnesio (Mg) y el aluminio (Al), que se descomponen vía reacción endotérmica (es decir, absorbiendo calor) durante el proceso de combustión, produciendo los óxidos correspondientes y agua. Estos enfrían, diluyen el proceso y forman una capa intumescente, es decir, que se hincha y aísla.

Esta capa intumescente es una capa de materia mineral que se forma al quemarse el aditivo antiflama y protege al material plástico del fuego.

“La gran mayoría de los plásticos es muy susceptible a inflamarse, a encenderse y en muchas aplicaciones puede ser muy peligroso porque hay muchos plásticos que se utilizan en el hogar, que van en el automóvil, ropa, en muchas partes. Son muy susceptibles al fuego, es muy peligroso y puede ocasionar incendios muy graves y ha habido casos que eso sucede”, comentó Luis Francisco Ramos de Valle, investigador del Departamento de Procesos de Transformación de Plásticos del CIQA.

Actualmente, el CIQA continúa desarrollando este tema a través de la Cátedra Conacyt Fortalecimiento del grupo de trabajo para el desarrollo de proyectos en la unidad Monterrey del CIQA, específicamente mediante el desarrollo de nanocompuestos retardantes de flama.

“Básicamente consiste en que a los polímeros les demos propiedades específicas, en este caso propiedades de protección contra el fuego y de retardación a la flama. Normalmente los polímeros, es decir, los plásticos, son muy inflamables en su mayoría, estos polímeros para ciertas aplicaciones necesitan esa protección al fuego como en electrodomésticos, aislantes eléctricos, aislantes térmicos, otros más para la industria de la construcción, etcétera”, comentó Edgar Nazareo Cabrera Álvarez, investigador Catedrático Conacyt adscrito al CIQA, unidad Monterrey.

El científico indicó que los materiales plásticos encuentran limitaciones en esas áreas por seguridad, debido a que se pueden incendiar y surge la necesidad de tener propiedades retardantes a la flama. Pero los nuevos retardantes de flama tienen que ser sustentables y cuidar la integridad física de los usuarios finales, quienes tendrán contacto directo con los materiales. Agregó que estos nanomateriales tienen potencial para ser utilizados en diferentes giros empresariales.

“En la industria automotriz se aplicaría muy bien en los interiores (de los vehículos). En la industria del cable dentro de las viviendas, mediante el cableado que proporciona electricidad y datos a un hogar, también, por ende, en electrodomésticos. Todos deben tener también esa propiedad, porque en determinado momento se genera una chispa o un corto circuito y empieza un incendio que puede acabar con el usuario o su hogar y sus habitantes”, enfatizó Cabrera Álvarez.

El investigador resaltó el potencial de la innovación en el sector automotriz, debido a la gran cantidad de plástico que requiere un vehículo y es necesario que cuente con este tipo de propiedades por seguridad del consumidor.

“La industria automotriz demanda mucho este tipo de materiales para todos los plásticos interiores del automóvil. Cuando te sientas dentro de un auto, todo es plástico, y eso requiere seguridad, es un mercado grande y fuerte. Desde los textiles y las espumas, los plásticos del tablero, todos demandan que tengan esa propiedad, porque si empieza un incendio ahí, y se propaga rápido, los usuarios sufren la desgracia de la muerte. Pero si tienes un material polimérico que tenga esa propiedad de retardación a la flama y que los humos no sean tan tóxicos para el cuerpo humano, permitirá salir y salvar la vida”, puntualizó el doctor Cabrera Álvarez.

¿Cómo retardar el fuego?

Estos materiales nanocompuestos tienen las propiedades de retardar la propagación de flamas e inhibir humos tóxicos o se emanen en pequeñas cantidades y no dañen al consumidor en caso de accidente.

“La innovación de esta línea de investigación y los nuevos materiales es que los retardantes de flama que estamos desarrollando para los nanocompuestos son de tipo no halogenados y se está buscando que las proporciones de materiales que se utilicen para la retardación de la flama sea pequeña, máximo cinco a 10 por ciento, a diferencia de lo que existe ahorita en el mercado, donde los materiales tienen hasta 30 por ciento, que se requiere para tener la protección de estos”, señaló Cabrera Álvarez.

El científico agregó que utilizar materiales no halogenados y disminuir el porcentaje de proporciones de elementos retardantes de fuego en los nanocompuestos reduce costos y mantiene una eficiente capacidad inhibitoria de fuego.

“Otra ventaja de estos materiales es que, de la misma manera que inhiben el fuego, también evitan la propagación. A veces un material se comienza a incendiar, comienza a gotear (como las velas), cae una gota incendiada y esparce el fuego a todo lo que esté alrededor de los materiales. Estos retardantes de flama también buscan inhibir eso, que no tenga esas gotas y no se disperse y si está incendiándose el material, que vaya muy lento y que se autoextinga en cierto tiempo”.

Actualmente los investigadores trabajan en la síntesis de nanopartículas que proporcionarán la propiedad de retardación de flama dentro de los polímeros o plásticos.

“Estamos sintetizando diferentes estructuras de tamaño nanométrico para poder ingresarlas a una matriz polimérica y darle esas propiedades de retardante de flama. Estamos planeando que en unos cuatro o cinco meses tengamos resultados de las primeras estructuras de nanopartículas en polímeros. Es decir, sabremos qué tanta propiedad de retardación a la llama tienen con estas nuevas estructuras que estamos generando, dependiendo de esos resultados podremos seguir sobre la misma hipótesis, dispersarla o cambiarla”, puntualizó el doctor Cabrera Álvarez.

Respecto al origen y maduración de este tipo de investigaciones, Ramos de Valle aclaró que, muchas veces, este tipo de proyectos surge del interés de empresas en lo particular y puede seguir expandiéndose de acuerdo con su potencial.

“Mientras haya interés de alguna empresa en continuar desarrollando este tipo de proyectos, la investigación continuará. Si muere el interés porque la empresa ya no quiso o satisfizo sus necesidades, quizás continuaría en cuestiones académicas, como la tesis de algún estudiante de posgrado. Muchos de los proyectos que iniciamos nosotros surgen primeramente porque encontramos que alguna empresa se interesa y de ahí se origina una serie de proyectos alrededor de esa idea y la investigación crece”.

Edgar Nazareo Cabrera Álvarez agregó que en México son muy limitadas las regulaciones respecto a evitar o prohibir el uso de retardantes de llamas tipo halógeno que son contaminantes y peligrosos, por lo que siguen empleándose debido a su eficiencia a pesar de ser riesgosos y dañinos.

“Nuestro proyecto busca que (los materiales nanocompuestos) sean eficientes y amigables, tanto con el medio ambiente como con los humanos, que tengan impacto en diferentes aspectos, desde lo social hasta lo económico y ambiental”, resaltó.

Sobre la transferencia de esta tecnología y su comercialización, los especialistas indicaron que, a pesar de estar en espera de ciertos resultados, tienen información especializada prometedora que permite contemplar la posibilidad de tener un prototipo evaluado y definido en aproximadamente dos años. (CONACYT)