Nueva generación de recubrimientos ignífugos sostenibles para madera

En este contexto, la sostenibilidad aplicada a materiales ignífugos debe entenderse en una doble dimensión. Por una parte, está la sostenibilidad del propio material, es decir, la posibilidad de diseñar retardantes de llama a partir de precursores parcial o totalmente biobasados, o al menos de reducir la dependencia de bloques químicos fósiles convencionales. Por otra, está la sostenibilidad del proceso de fabricación, que implica repensar la síntesis desde una perspectiva de intensificación de proceso, simplificación operativa y minimización del impacto ambiental. Es precisamente en este segundo punto donde la mecanoquímica está cobrando un interés creciente como vía de síntesis avanzada.

La mecanoquímica permite inducir reacciones químicas a partir de energía mecánica, evitando o reduciendo drásticamente el empleo de disolventes y facilitando procesos más compactos, rápidos y potencialmente escalables. Aunque durante años ha sido percibida principalmente como una herramienta de laboratorio, en la actualidad su integración en tecnologías continuas, como la extrusión de doble husillo, abre un escenario especialmente atractivo para la producción de aditivos funcionales a escala preindustrial e industrial. En este marco se sitúa el proyecto REFUGI, orientado al desarrollo de retardantes de llama fosforados sostenibles obtenidos mediante síntesis mecanosintética continua y validados en formulaciones barnizantes aplicadas sobre sustratos de madera.

En este escenario, uno de los grandes retos no consiste únicamente en identificar nuevas moléculas con potencial ignífugo, sino en encontrar vías de fabricación que permitan producirlas de forma más limpia, robusta y transferible. Ahí es donde la mecanoquímica empieza a adquirir una relevancia especial. Frente a los enfoques sintéticos convencionales, basados en medios líquidos y en secuencias de operación más largas, la activación mecánica permite abordar la generación de materiales funcionales desde una lógica distinta: menor dependencia de solventes, reducción de etapas intermedias y mayor compatibilidad con esquemas de producción continua.

Este cambio es especialmente significativo cuando la mecanoquímica deja de plantearse como una técnica restringida al laboratorio y pasa a integrarse en tecnologías de procesado continuo de clara vocación industrial. La extrusión reactiva de doble husillo representa, en este sentido, una plataforma particularmente atractiva, ya que combina capacidad de mezcla intensiva, control térmico, continuidad de operación y escalabilidad. Aplicada al desarrollo de retardantes de llama, esta aproximación permite no solo explorar nuevas rutas de síntesis, sino también acercar directamente el resultado al entorno real de formulación y aplicación.

Bajo esta lógica se enmarca el proyecto REFUGI, centrado en el desarrollo de aditivos ignífugos fosforados sostenibles mediante una estrategia mecanosintética continua y en su validación posterior en recubrimientos barnizantes para sustratos lignocelulósicos. Más allá del interés químico de los compuestos obtenidos, el valor del enfoque reside en haber demostrado que es posible generar materiales funcionales mediante una ruta de fabricación intensificada, con clara orientación a escalado, y evaluar después su respuesta frente al fuego en sistemas de interés práctico.

A partir de esta plataforma se desarrollaron distintas familias de materiales con base fósforo y fósforo-nitrógeno, incluyendo composiciones de carácter parcial o totalmente biobasado. El objetivo no era únicamente obtener nuevos aditivos, sino comprobar si estos podían ofrecer un comportamiento frente al fuego competitivo una vez integrados en formulaciones barnizantes reales. En otras palabras, no se trataba de demostrar una mejora en un ensayo aislado sobre el polvo sintetizado, sino de validar una propuesta tecnológica completa: origen funcional del aditivo, proceso de fabricación sostenible y desempeño final en aplicación.

Sin embargo, en el ámbito de los retardantes de llama, el criterio decisivo sigue siendo el rendimiento real en condiciones de uso. Por ello, los materiales desarrollados en REFUGI se incorporaron a barnices base disolvente y se aplicaron sobre paneles de MDF, un sustrato particularmente representativo por su uso extendido en construcción interior, mobiliario y revestimientos. Esta fase de validación era esencial, ya que la respuesta al fuego de un aditivo no depende únicamente de su naturaleza química, sino también de su interacción con la matriz, su dispersión, su compatibilidad y la forma en que contribuye a la formación de barreras protectoras durante la combustión.

Los resultados obtenidos muestran que varias de las formulaciones desarrolladas alcanzan un comportamiento muy competitivo frente a referencias comerciales ensayadas en el mismo sistema. En particular, algunas familias presentaron valores de pHRR en el entorno de 85–90 kW/m², junto con FIGRA en torno a 0,09–0,10 kW/m²·s, lo que indica una reducción clara tanto de la intensidad máxima del incendio como de la velocidad a la que este evoluciona. A ello se suma una disminución relevante del calor sostenido liberado, reflejada en valores reducidos de MARHE, así como una producción de humo especialmente baja en varias composiciones.

Este último aspecto resulta especialmente importante. En muchos escenarios reales, el humo constituye uno de los factores más críticos desde el punto de vista de la seguridad, no solo por su toxicidad potencial, sino también por la pérdida de visibilidad que genera y por su influencia directa en los tiempos de evacuación. En este sentido, algunas de las formulaciones desarrolladas en REFUGI mostraron valores de TSP muy inferiores a los observados en soluciones comerciales de referencia, manteniendo al mismo tiempo niveles competitivos de pHRR y FIGRA. Se trata de una combinación especialmente valiosa, ya que no siempre una buena respuesta en severidad térmica va acompañada de una reducción igual de marcada en emisiones.

Asimismo, en varias composiciones se observó pérdida de masa nula durante el ensayo. Este dato apunta a la formación de un residuo protector estable, capaz de actuar como barrera física frente al avance del calor y la transferencia de masa. En el contexto de recubrimientos sobre madera, este comportamiento es particularmente interesante porque sugiere que el sistema no se limita a actuar como un simple aditivo disperso, sino que contribuye de forma activa a generar una estructura protectora eficaz durante la exposición térmica.

Dentro de las distintas familias estudiadas, se observaron perfiles de comportamiento diferenciados. Algunas composiciones destacaron por una combinación muy equilibrada entre bajo pHRR, baja FIGRA y humo reducido; otras mostraron un desempeño especialmente sobresaliente en términos de retardo a la ignición o de reducción del calor medio sostenido. Esta diversidad interna es, de hecho, una de las fortalezas del trabajo, ya que pone de manifiesto que la plataforma desarrollada no conduce a una única solución cerrada, sino a una familia de materiales ajustables según la exigencia de aplicación.

Esto tiene implicaciones relevantes en varios niveles. Desde el punto de vista de proceso, refuerza la idea de que la mecanoquímica puede trascender el ámbito académico y convertirse en una herramienta real de fabricación de aditivos funcionales. Desde el punto de vista de producto, abre la puerta a retardantes de llama con una huella de proceso potencialmente menor y con espacio para incorporar materias primas de origen bio. Y desde el punto de vista sectorial, proporciona una vía prometedora para desarrollar recubrimientos de nueva generación en aplicaciones donde la seguridad frente al fuego es crítica, pero donde también lo son la sostenibilidad, la estética y la compatibilidad con líneas industriales existentes.

En definitiva, REFUGI pone de manifiesto que el desarrollo de ignífugos sostenibles ya no debe entenderse como una mera sustitución de materias primas, sino como una redefinición completa de la cadena de valor, desde la síntesis hasta la aplicación final. La combinación de mecanoquímica continua, bloques funcionales fosforados y validación en barnices para madera permite avanzar hacia soluciones que responden de forma más coherente a las demandas tecnológicas actuales: materiales más seguros, procesos más limpios y un potencial de transferencia mucho más cercano a la realidad industrial.

El proyecto está incluido en el programa de ayudas del IVACE+i dirigidas a centros tecnológicos de la Comunitat Valenciana para proyectos de I+D de carácter no económico realizados en colaboración con empresas para el ejercicio 2024, financiado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) de la Unión Europea en el marco del Programa Operativo 2021-2027.

1 MDF: (Medium Density Fiberboard): tablero de fibras de madera de densidad media, obtenido por desfibrado y prensado con resinas, utilizado como sustrato lignocelulósico en ensayos de reacción al fuego.

2 pHRR (peak Heat Release Rate): valor máximo de la tasa de liberación de calor (kW/m²) durante la combustión, indicador de la intensidad pico del incendio.

3 FIGRA (Fire Growth Rate Index): índice de crecimiento del fuego que relaciona la rapidez de desarrollo del incendio con la liberación de calor; cuanto menor, menor contribución al crecimiento.

4 MARHE (Maximum Average Rate of Heat Emission): máxima tasa media de emisión de calor a lo largo del ensayo, parámetro representativo de la severidad global del fuego.

5 TSP (Total Smoke Production): cantidad total de humo generada durante la combustión (m²), asociada a la carga de humo y visibilidad en incendio.