I ritardanti di fiamma non alogenati: alternative, opportunità future e applicazioni ai polimeri bio-based

In the past, halogenated flame retardants were the most common widely used compounds to prevent or slow down the combustion process of a polymer matrix. However, a lot of them were recognized as toxic or polluting, so the scientific community has been active in finding alternatives. In this paper, the main alternatives currently on the market and the potential future FR were considered, with their advantages and disadvantages assessed. Alternatives include phosphorus (P-FRs) and nitrogen products (N-FRs), which have proven to be better in terms of toxicity and pollution than HFRs, but the actual effects on humans and the environment are still unclear because there are not enough studies. There is also the aluminium hydroxide and other metal hydroxides or oxides, however they need to be added in large amounts to be effective, with a possible deterioration of the mechanical properties of the polymer. For the future, the potential of nano-fillers such as carbon-based FR, metal hydroxides themselves or nano-clays is being assessed; all of these have shown significant potential in many experiments, as well as being better from a sustainability point of view. However, for their large-scale use, further studies are required. The same applies to bio-based FR, such as lignin and cellulose, which are proposed as a "green" alternative to more classic FRs. In general, for these two classes, the best results were obtained by using them as additives to more conventional formulations, they could therefore offer the possibility of reducing the amount of pollutant fillers used, maintaining their advantages but decreasing the ecological impact. In addition, it was considered how these compounds, especially the most innovative ones, could interface with bio-based polymers, which are increasingly being considered nowadays. For PLA, PA11 and PHB are promising as additives nano-clays and bio-based FRs, especially for PLA. In conclusion, market analyses show that there has been a real decrease in the use of HFRs, which are still quite widespread. Aluminium hydroxide and P-FRs are widely used, while nano-fillers and bio-based FR are awaiting further studies.

In passato, i flame retardants alogenati (HFRs) erano i composti più utilizzati per prevenire o rallentare la combustione di una matrice polimerica. Tuttavia, molti di essi sono stati riconosciuti come tossici o inquinanti, per questo la comunità scientifica si è attivata nella ricerca di alternative. In questo elaborato, sono state prese in considerazione le principali alternative attualmente sul mercato e i potenziali FR per il futuro, valutandone vantaggi e svantaggi. Fra le alternative, troviamo i prodotti al fosforo (P-FRs) e quelli all’azoto (N-FRs), che si sono rivelati migliori in termini di tossicità e inquinamento rispetto agli HFRs, ma non si ha ancora chiarezza sui reali effetti di questi prodotti sull’uomo e sull’ambiente, poiché non ci sono sufficienti studi a riguardo. A questi si aggiunge l’idrossido di alluminio e altri idrossidi o ossidi metallici, che tuttavia devono essere aggiunti in gran quantità nel polimero, con un possibile peggioramento delle proprietà meccaniche. Per il futuro, si valuta il potenziale dei nano-fillers, come i carbon-based FR, gli stessi idrossidi metallici o le nano-argille; tutti questi hanno mostrato un notevole potenziale in molti esperimenti, oltre ad essere migliori dal punto di vista della sostenibilità. Ciononostante, per un loro impiego su larga scala, sono richiesti ulteriori studi. Lo stesso vale per i FR bio-based, come lignina e cellulosa, che si propongono come alternativa “green” ai FR più classici. In generale, per queste due classi, i risultati migliori si sono ottenuti usandoli come additivi a formulazioni più classiche, potrebbero offrire quindi la possibilità di diminuire la quantità di filler inquinanti usati, mantenendo i loro vantaggi ma diminuendo l’impatto ambientale. Inoltre, è stato preso in considerazione come questi composti, specialmente i più innovativi, possano interfacciarsi ai polimeri bio-based, sempre più considerati al giorno d’oggi. Per il PLA, la PA11 e il PHB risultano promettenti come additivi le nano-argille e i FR bio-based, specialmente per quanto riguarda il PLA. In conclusione, le analisi di mercato mostrano come ci sia stata un’effettiva diminuzione nell’utilizzo degli HFRs, che restano comunque abbastanza diffusi. Sono molto utilizzati l’idrossido di alluminio e i P-FRs, mentre per i nano-fillers e i FR bio-based si attendono ulteriori studi.