Sistemi ritardanti di fiamma di origine naturale

Many fires depend on the intrinsic flammability of the polymeric materials that are around the world today, and cause loss of lifes and destruction of property; for this reason the study of flame retardant systems is very important. Recently, however, solutions have been investigated that could fall within the thinking of Green Chemistry, as many flame retardants, in carrying out their function, perform highly toxic products such as chlorinated / brominated para-dibenzodioxins and chlorinated / brominated dibenzofurans. Furthermore, currently most of the flame retardants on the market are derivatives of the oil supply chain and research is active in the development of flame retardant systems with formulations of natural origin. Among these, cyclodextrins (CD), cyclic molecules consisting of 6-7-8 glucoside units (α,β, γ cyclodextrins) can be obtained from plant sources such as rice or potatoes and it has been the subject of several studies about this topic. CDs have mainly been studied in the formulation of intumescent flame retardants (IFRs). Furthermore, IFRs are appreciated for their low toxicity. The β-cyclodextrin in particular (BCD) and its derivatives have the ability to host in their cavity hydrophobic molecules active in flame retardancy, forming the so-called inclusion complexes, in this way, it is allowed an excellent dispersion of the FR inside the polymer matrix and good interaction with the host molecule. The role played by the BCD is essentially to promote the formation of a very compact carbonaceous layer that protects the polymer from further combustion. This thesis examines the strategies, advantages and disadvantages of the use of BCDs in some of the most common polymers.

Molti incendi dipendono dall’infiammabilità intrinseca dei materiali polimerici che oggigiorno circondano l’uomo, e causano perdite di vite umane e distruzione di beni; per questo lo studio di sistemi di ritardo di fiamma è molto importante. Recentemente si sono però indagate soluzioni che potessero rientrare in quello che è il pensiero delle Green Chemistry, in quanto molti ritardanti di fiamma, nello svolgere la loro funzione svolgono prodotti ad alta tossicità quali le para-dibenzodiossine clorurate/bromurate e i dibenzofurano clorurati/bromurati. Inoltre, attualmente la maggior parte dei ritardanti di fiamma in commercio sono derivati della filiera del petrolio e la ricerca è attiva nella messa a punto di sistemi di ritardo alla fiamma con formulazioni di origine naturale. Tra queste le ciclodestrine (CD), molecole cicliche costituite da 6-7-8 unità glucosidiche (α,β, γ ciclodestrine) si possono ottenere da fonti vegetali come riso o patate e sono state oggetto di diversi studi a questo riguardo. Le CD sono state principalmente studiate nella formulazione di ritardanti di fiamma intumescenti (IFR). Gli IFR, inoltre, sono apprezzati per la loro poco tossicità. La β-ciclodestrina in particolare (BCD) e i suoi derivati hanno la capacità di ospitare nella loro cavità molecole idrofobe attive nel ritardo alla fiamma, formando i cosiddetti complessi di inclusione, in questo modo, permettendo un’ottima dispersione dei FR all’interno della matrice polimerica e una buona interazione con la molecola ospite. Il ruolo svolta dalla BCD è essenzialmente quello di promuovere la formazione di uno strato carbonioso molto compatto che protegge il polimero dalla ulteriore combustione. In questa tesi si esaminano le strategie, i vantaggi e gli svantaggi dell’uso delle BCD in alcuni dei polimeri più comuni.