Analisi termogravimetrica dei derivati 2,

Nell’analisi termogravimetrica (TGA) è riportata la perdita di massa di un campione in funzione dell’incremento della temperatura. L’analisi TGA è stata condotta riscaldando 5 mg dei campioni 2 e 3 da 30°C a 600°C ad una velocità di 10°C/min, sotto un flusso di ossigeno di 30 ml/min. L’esperimento è stato ripetuto in doppio. Queste condizioni operative permettono lo studio della degradazione termo-ossidativa delle fibre di ginestra modificate con composti ritardanti di fiamma come gli acidi trifluoroacetico ed eptafluorobutirrico. Nella figura 3.5 sono riportati i grafici relativi alla perdita di peso (fig. superiore) e la corrispondente velocità di perdita di peso (fig. inferiore). La degradazione termo- ossidativa della fibra non derivatizzata (curva in nero) avviene in due stadi: il primo di volatilizzazione tra 225°C e 400°C, con una velocità massima di decomposizione a 357°C, che lascia un residuo carbonioso del 60% circa della massa iniziale, mentre nel secondo stadio tra 410°C e 520°C, con una velocità massima di decomposizione a 474°C, il residuo è completamente volatilizzato. Il trattamento delle fibre con acidi polifluorurati modifica il comportamento termo-ossidativo delle fibre di ginestra. Analogamente alla fibra non derivatizzata, la perdita di peso per la fibra derivatizzata con acido eptafluorobutirico 3 (curva in rosso) avviene in due stadi ben separati: il primo è spostato ad una temperatura minore di velocità massima di decomposizione (319°C), mentre il secondo stadio avviene bruscamente come evidenziato dalla curva della velocità di perdita di peso.

La fibra derivatizzata con acido trifluoroacetico 2 (curva in verde) presenta tre stadi di perdita di peso: i primi due, parzialmente sovrapposti, da 225°C a 370°C con velocità massima di 286°C e 306°C, il terzo da 380°C a 420°C con velocità massima di 405°C.

Il rilascio di alogeno derivati, che è fondamentale nel meccanismo di azione dei ritardanti di fiamma a base di alogenuri 16, può spiegare la ridotta stabilità termica delle fibre derivatizzate, evidenziata dallo spostamento a più basse temperature dei primi stadi relativi alla perdita di peso. Gli ultimi stadi di perdita di peso, a 474°C per 3 e a 405°C per 2 rispettivamente, possono essere causati da un rapido collasso dello strato carbonioso protettivo formato durante i primi stadi di

degradazione termo-ossidativa delle fibre chimicamente modificate, seguiti da brusca ossidazione del residuo organico. Per comprendere pienamente il meccanismo di degradazione chimica che porta ai comportamenti termo-ossidativi osservati, è necessario uno studio più approfondito.

Fig. 3.5. Curve di analisi termogravimetrica (a) e derivata (b) di fibre di ginestra e fibre funzionalizzate con acidi trifluoroacetico ed eptafluorobutirrico

3.7 Conclusioni

Sono stati preparati derivati da fibre di ginestra introducendo gruppi polimerizzabili o residui polialogenati sulle fibre pretrattate. La formazione di tutti i derivati sintetizzati è stata confermata da analisi spettroscopica FT-IR. La stabilità termica dei materiali fluorurati è stata valutata mediante TGA, i cui risultati suggeriscono che la presenza degli atomi di fluoro modifica la decomposizione termica delle fibre di ginestra. La diminuita infiammabilità delle

fibre modificate con acido trifluoroacetico in confronto al derivato eptafluorobutirrico è principalmente attribuibile a differenti DS.

Relativamente alle fibre di ginestra derivatizzate con gruppi polimerizzabili, la scelta di usare monomeri acrilamidici o stirenici è stata dettata dalla necessità di avere sulla superficie uno strato idrofilo o lipofilo, covalentemente legato alla fibra. Con questa modifica, la fibra può essere utilizzata come riempimento in materiali polimerici compositi che dovrebbero mostrare una maggiore resistenza di quelli realizzati con fibre non trattate.

L’idea è quella di realizzare, in futuro, derivati fluorurati da funzionalizzare con gruppi polimerizzabili, in modo da ottenere materiali polimerizzabili e alogenati, quindi scarsamente infiammabili (fig. 3.6). Questi nuovi materiali, interamente ottenuti da fonti rinnovabili, potrebbero essere utilizzati in agricoltura, nella realizzazione di cordame o di confezioni di prodotti naturali, oppure rimpiazzare i contenitori a base di alluminio 17,18 usati nel confezionamento degli alimenti. Infatti, l’Istituto Nazionale della Nutrizione, che appartiene al Concilio Indiano della Ricerca Medica, ha concluso che l’alluminio proveniente da molti sorgenti è all’origine di effetti nocivi sulla salute umana. In modo particolare, l’alluminio può contribuire in modo significativo allo sviluppo di malattie come l’Alzheimer ed altri disturbi di natura nervosa 19.

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Capitolo 4