Un estudio previo a la impresión publicado en el servidor Research Square , enviado a la revista Cellulose , investigó el desarrollo de un recubrimiento retardante de llama depositado en un solo paso para productos de papel.
Los productos de papel celulósico se usan ampliamente para embalaje, cartón, impresión y construcción, pero un problema importante con ellos es su inflamabilidad. Si bien se han realizado importantes investigaciones sobre el recubrimiento de fibras de madera individuales con materiales ignífugos, se han realizado pocos estudios sobre recubrimientos que ofrecen las empresas ignifugacion para papel ya fundido.
Papel ignífugo: perspectivas actuales
El papel de contratista está hecho de pulpa de madera que, a pesar de su utilidad para múltiples aplicaciones, bajo costo, reciclabilidad y biodegradabilidad, es inflamable. Esto ha llevado a la pérdida de documentos históricos en varios incendios, además de aumentar el riesgo de incendios domésticos cuando se utiliza en proyectos de mejora del hogar y como material para techos. El algodón, otro material de uso común en varias industrias, presenta una inflamabilidad similar, lo que ha llevado a varios investigadores a aplicar estrategias de protección contra el fuego del algodón para proteger mejor el papel celulósico.
La investigación anterior sobre el papel celulósico ignífugo se ha concentrado en depositar materiales ignífugos sobre fibras celulósicas individuales e introducirlos en el papel durante el proceso de producción. Se han explorado varios métodos de deposición, incluido el ensamblaje capa por capa. En este método, las nanopartículas y/o los polielectrolitos aniónicos y catiónicos se depositan alternativamente en un material de sustrato y se mantienen unidos mediante interacciones electrostáticas.
La deposición capa por capa imparte a los productos de papel una barrera de gas superior, protección contra el calor y propiedades ignífugas. Además, esta capa de deposición también funciona para sustratos que incluyen algodón y otros materiales celulósicos. Sin embargo, a pesar de estas propiedades ignífugas superiores, es un proceso costoso y lento debido al procesamiento de varios pasos.
Complejos de polielectrolito
Una alternativa a la deposición capa por capa, los complejos de polielectrolitos se han explorado en los últimos años para impartir propiedades ignífugas a los materiales de sustrato. En este proceso, los polielectrolitos de carga opuesta se depositan simultáneamente en un solo paso. La mezcla de polímeros catiónicos y aniónicos en el proceso crea una solución líquida soluble, insoluble o coacervada (elástica).
Una complejación impulsada entrópicamente se rige por interacciones intrínsecas y extrínsecas que pueden manipularse ajustando la concentración de sal y el pH. Surgen dos fases distintas cuando las interacciones electrostáticas en la solución están limitadas por contraiones: una fase de coacervado densa en polímero y una fase de solución pobre en polímero. La fase de coacervado es viscosa y, por lo tanto, adecuada para recubrir materiales de sustrato.
Las fases coacervadas tienen propiedades retardadoras del fuego y de barrera contra gases probadas, pero un inconveniente es su tendencia a absorber humedad. Para superar este problema, se pueden mediar mediante la incorporación de nanoplaquetas de arcilla o un agente de reticulación.
El estudio
En el presente estudio, los autores han desarrollado un proceso de un solo paso con el fin de introducir propiedades resistentes a las llamas en el papel de contratista. El recubrimiento consta de un coacervato de fosfato de poli(sodio) y polietilenimina reticulado con glutaraldehído para reducir la sensibilidad a la humedad.
La reticulación se confirmó mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. Esto fue causado por el glutaraldehído que entrecruzaba los grupos amina de la película (que procedía de la polietilenimina) al formar una base de Schiff. La desaparición del pico de amina primaria cuando se analizó el material proporcionó evidencia de esto. Además, los picos de hidroxilo, indicativos de una absorción significativa de agua, presentes en las películas de polímero no reticulado, no se detectaron en la película reticulada con glutaraldehído.
Además, un cambio de color en el papel después de la exposición al glutaraldehído indica la presencia de entrecruzamiento. Mientras que el color marrón original del papel se conserva después de la reticulación, el recubrimiento cambia de incoloro a opaco, lo que indica un cambio químico. Se observaron cambios morfológicos en el papel cuando se revistió con la solución de coacervado reticulado. La estructura porosa del papel sin recubrir se rellenó con el recubri- miento, produciendo una superficie suave y conforme.
Debido a la superficie lisa del papel estucado, los autores plantearon la hipótesis de que el estucado tendría propiedades superiores de barrera contra gases. Se observó una reducción del 90 % en la tasa de transferencia de oxígeno en el recubrimiento no reticulado, que se redujo al 35 % después de la reticulación. Los autores concluyeron que esto podría deberse a una combinación de aumento de peso y morfología de la superficie. SEM reveló que había cráteres microscópicos, que funcionaban como puntos débiles para la transferencia de oxígeno.
La prueba de llama vertical se llevó a cabo en papel sin recubrir, recubierto y reticulado para evaluar el comportamiento retardante de llama. El recubrimiento reticulado le dio al papel un comportamiento autoextinguible, mientras que el papel no reticulado y sin recubrimiento mostró una carbonización significativa. Además, la película de coacervado reticulado resistió las pruebas de acondicionamiento, el arrugamiento manual y el remojo en agua, y retuvo la capacidad de autoextinguirse a pesar del pequeño agrietamiento después del acondicionamiento.
Basándose en los resultados de los experimentos del estudio, los autores han afirmado que el novedoso revestimiento de coacervato reticulado se puede utilizar con fines ignífugos. Al ser un proceso de un solo paso, existen importantes ventajas de tiempo y costo sobre las técnicas de deposición convencionales, como la deposición capa por capa.
Finalmente, los autores han identificado que la barrera a los gases del recubrimiento podría mejorarse, manteniendo sus propiedades ignífugas, modificando la química y/o la concentración del agente reticulante.