Formulation of flame retarant PVC cables with additives of bio origin

During World War II, PVC was introduced insulating material in cables in order to replace rubber. It has widely used up to these days because of its flexibility, ease of handling in installation and inherent flame resistance. In order to improve the properties of the cable insulation or jacket, different materials are introduced in different concentration into the polymer matrix during the industrial process. Thus, inside the formulation several additives can be found such as flame retardant, plasticisers that give more workability to the polymer during processing and improve the flexibility, mineral fillers that increase the hardness and the mechanical properties of the composite and stabilisers that are able to optimize the miscibility of all the materials inside the formulation. Even if the commercialised composites have good performances and widely applications, nowadays the challenge is to make industrial products more eco-friendly, using renewable and bio-based materials. On 9 February 2022, during the seventeenth meeting of the Persistent Organic Pollutants Review Committee, some organic chemicals like chlorinated paraffin, which is a secondary plasticiser used commonly inside the industrial formulations, were nominated for potentially possessing characteristics of persistence, bioaccumulation, long-range environmental transport (LRET), and adverse effects. For this reason, the goal of this work is to replace the chlorinated paraffin. The results about the mechanical, thermal and flame-resistance properties of these new formulations are compared to the reference formulation loaded with chloroparaffins and discussed in order to understand the feasibility of the application in industrial process. This thesis project has been done in collaboration with Prysmian Cavi e Sistemi Italia srl.

Durante la Seconda guerra mondiale, il PVC fu introdotto come materiale isolante nei cavi per sostituire la gomma. È stato ampiamente utilizzato fino ad oggi grazie alla sua flessibilità, facilità di manipolazione nell'installazione e intrinseca resistenza alla fiamma. Per migliorare le proprietà dell'isolamento o della guaina del cavo, durante il processo industriale vengono introdotti nella matrice polimerica diversi materiali in diverse concentrazioni. Così, all'interno della formulazione si possono trovare diversi additivi come ritardanti di fiamma, plastificanti che conferiscono maggiore lavorabilità al polimero durante la lavorazione e ne migliorano la flessibilità, cariche minerali che aumentano la durezza e le proprietà meccaniche del composito e stabilizzanti in grado di ottimizzare la miscibilità di tutti i materiali all'interno della formulazione. Anche se i compositi commercializzati hanno buone prestazioni e ampie applicazioni, oggi la sfida è rendere i prodotti industriali più ecologici, utilizzando materiali rinnovabili e bio-based. Il 9 febbraio 2022, durante la diciassettesima riunione del Persistent Organic Pollutants Review Committee, alcuni prodotti chimici organici come la paraffina clorurata, che è un plastificante secondario utilizzato comunemente all'interno delle formulazioni industriali, sono stati nominati per possedere potenzialmente caratteristiche di persistenza, bioaccumulo, lungo raggio trasporto ambientale (LRET) ed effetti avversi. Per questo motivo, l'obiettivo di questo lavoro è sostituire la paraffina clorurata. I risultati sulle proprietà meccaniche, termiche e di resistenza alla fiamma di queste nuove formulazioni vengono confrontati con la formulazione di riferimento caricata con cloroparaffine e discussi al fine di comprendere la fattibilità dell'applicazione nel processo industriale. Questo progetto di tesi è stato realizzato in collaborazione con Prysmian Cavi e Sistemi Italia srl.