El fuego convierte discotecas y casas en trampas mortales: ¿cómo evitarlo sin reemplazar materiales muy inflamables?

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De-Yi Wang, IMDEA MATERIALES

Un cortocircuito o un cigarro mal apagado hacen saltar la chispa y las discotecas arden como teas, con cientos de personas atrapadas en un círculo de fuego. En su interior, todo, desde las cortinas a los sofás, está fabricado con polímeros altamente inflamables, y la música y las luces no son música ni luces sin componentes electrónicos, que suelen ser el epicentro de la hoguera.

Lo mismo ocurre en nuestras casas: estancias como el dormitorio o la cocina reúnen todo lo necesario para propagar las llamas.

Rodeados de plásticos

Casi todos los materiales utilizados en la decoración de interiores y muebles son altamente inflamables. Esto incluye cortinas, que están principalmente hechas de telas de poliéster, cojines de sofá (espuma de poliuretano), alfombras (fibras sintéticas), mesas y sillas (madera y plástico), papel pintado (fibra de madera/plástico), etc.

Los equipos electrónicos, como televisores, computadoras y sistemas de sonido, también contienen grandes cantidades de materiales inflamables, como poliuretano termoplástico (TPU), acetato de etileno-vinilo (EVA), poliamida, resinas epoxi, polietileno (PE) y polipropileno (PP).

Por qué arde tan bien

La gran mayoría de estos materiales son polímeros sintéticos, lo que comúnmente llamamos plásticos.

Su bajo costo de fabricación, su alta relación resistencia-peso, su versatilidad y su durabilidad los convierte en los elegidos para múltiples usos.

Casi todos los polímeros sintéticos están compuestos por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en largas cadenas moleculares. Esas cadenas más largas generalmente resultan en materiales más resistentes: cuantos más bloques de construcción se utilizan en su fabricación, más resistente es el polímero.

La mala noticia es que son muy volátiles cuando se exponen a altas temperaturas (por encima de 250 °C), a las que estas largas cadenas no mantienen su estabilidad molecular. Y la volatilidad los hace altamente inflamables.

¡Fuego!

A medida que el material se expone a temperaturas más altas, las cadenas moleculares dentro del polímero comienzan a degradarse y romperse.

Empiezan a formarse radicales libres, estructuras inestables en las que se ha roto el enlace con la cadena molecular general. Se liberan entonces gases combustibles que, en presencia de suficiente oxígeno, inician la combustión.

A medida que el material se descompone, el proceso de combustión se vuelve cada vez más agresivo; el material se vuelve cada vez más volátil, liberando más gases combustibles hasta que el incendio se sostiene por sí mismo. Si no se controla, rápidamente alcanzará su fase más peligrosa: el flashover.

Flashover: cuando salir puede que ya no sea una opción

Una vez que se desencadena un incendio, tenemos de 3 a 5 minutos, o incluso menos, antes de que se alcance el flashover. Esto ocurre cuando la mayoría de los materiales en una habitación o espacio cerrado alcanzan su temperatura de autoignición, la temperatura a la cual se encenderán espontáneamente sin contacto directo con una fuente de ignición externa. El flashover generalmente ocurre alrededor de 500 °C.

Es lo que sucedió, por ejemplo, en el incendio de la discoteca The Station en Rhode Island a principios de este año, que resultó en la muerte de 100 personas. Se produjo cuando las chispas de fuegos artificiales encendidos dentro del local prendieron fuego a la espuma de poliuretano altamente inflamable que cubría el techo y las paredes de la discoteca, lo que llevó al flashover en menos de un minuto.

Una solución sin remplazar los materiales

La omnipresencia de estos materiales hace imposible eliminarlos de nuestra vida. Pero trabajamos en un enfoque más prometedor y práctico: hacer que sean menos susceptibles a la ignición.

Este es el ámbito de investigación del Grupo de Polímeros de Alto Rendimiento y Retardantes de Fuego del Instituto IMDEA Materiales.

La primera línea de investigación se dirige a neutralizar los gases inflamables y reducir los radicales libres mediante un aditivo retardante de la llama. A medida que la estructura molecular del polímero se descompone liberando gases combustibles, el aditivo libera gases inertes no combustibles. Estos sirven para diluir la concentración de oxígeno y combustible en la zona de la llama.

También investigamos aditivos retardantes de la llama que sirven para crear una capa de carbón protectora a medida que el polímero comienza a quemarse. La formación de capas de carbón protectoras, que actúan como barrera para retrasar el flujo de calor y masa, es probablemente el mecanismo en fase condensada más significativo en la retardación de la llama en polímeros.

Y no solo sirve como barrera para el flujo de calor y masa, sino también como un medio para preservar el carbono, reduciendo así su conversión en compuestos volátiles inflamables.

Un retardante que sirva para todo

La dificultad con la que nos encontramos es que los polímeros que se emplean para fabricar un juguete, una cortina o cables electrónicos, tienen distintas características de inflamabilidad, por lo que los retardantes de la llama no pueden ser genéricos.

Por ejemplo, en investigaciones recientes sobre el poliuretano termoplástico (TPU), un componente común en la fabricación de cables electrónicos, la introducción de aditivos retardantes de la llama equivalentes al 5 % del peso total del material resultó en una extinción inmediata después de retirar la fuente de ignición externa.

Sin embargo, en el caso de otro polímero común en la producción de cables, el acetato de etileno-vinilo, hemos visto que es necesario introducir aditivos equivalentes al 55 % del peso del material fuente. Es decir, 11 veces más de lo requerido en TPU para lograr un resultado similar.

Otro ejemplo es un retardante de llama en resina epoxi desarrollado en el Instituto IMDEA Materiales. Al introducir un 3 % menos de retardantes de la llama y nanomateriales, se reduce la tasa máxima de liberación de calor en más del 60 % y la producción total de humo en más del 40 %.

Por qué no se utilizan ya estos retardantes en la industria

La primera razón, seguro que a nadie le sorprende, es económica. La introducción de retardantes de llama en los polímeros puede aumentar el coste de fabricación. Pero el obstáculo principal no es el precio, sino que afecta al rendimiento mecánico del polímero.

En estos momentos, nuestros objetivos principales como investigadores de seguridad contra incendios son mejorar el rendimiento de los retardantes de la llama y minimizar el efecto de estos aditivos en las propiedades del propio polímero.

Seguiremos investigando para hacer que nuestros hogares, oficinas, edificios y discotecas sean más seguros, reduciendo el riesgo de que ocurra otra tragedia, hasta que consigamos que sea evitable.

De-Yi Wang, Investigador Principal: Polímeros de Alto Rendimiento y Retardantes de Fuego, IMDEA MATERIALES

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.