Tecnología de formulación y procesamiento de retardantes de llama sin halógenos para resina epoxi
El cliente busca un retardante de llama ecológico, libre de halógenos y metales pesados, apto para resina epoxi con sistema de curado por anhídrido, que cumpla con la norma UL94-V0. El agente de curado debe ser un agente de curado epoxi de alta temperatura con una Tg superior a 125 °C, que requiere un curado térmico a 85-120 °C y una reacción lenta a temperatura ambiente. A continuación se detalla la formulación solicitada por el cliente.
I. Sistema de formulación retardante de llama
1. Sistema ignífugo básico: sinergia fósforo-nitrógeno
Tabla de información sobre retardantes de llama
| Retardante de llama | Mecanismo | Carga recomendada | Observaciones |
|---|---|---|---|
| hipofosfito de aluminio | Retardante de llama en fase condensada, forma una capa de carbón de fosfato de aluminio | 10–15% | Retardante de llama primario, temperatura de descomposición >300 °C |
| Polifosfato de amonio (APP) | Retardante de llama intumescente, sinergiza con hipofosfito de aluminio | 5–10% | Se requiere una aplicación resistente al ácido |
| Cianurato de melamina (MCA) | Fuente de nitrógeno, mejora la sinergia del fósforo, suprime el humo. | 3–5% | Reduce el goteo |
2. Retardantes de llama auxiliares y sinergistas
Tabla de información sobre retardantes de llama auxiliares
| Retardante de llama | Mecanismo | Carga recomendada | Observaciones |
|---|---|---|---|
| Borato de zinc | Promueve la formación de carbón y suprime el resplandor. | 2–5% | Cantidades excesivas pueden retardar el curado. |
| Hidróxido de aluminio fino | Refrigeración endotérmica, supresión de humo | 5–8% | Control de carga (para evitar la reducción de Tg) |
3. Ejemplo de formulación (carga total: 20-30%)
Formulación base (relativa al contenido total de resina)
| Componente | Contenido (relativo a la resina) |
|---|---|
| hipofosfito de aluminio | 12% |
| APLICACIÓN | 8% |
| MCA | 4% |
| Borato de zinc | 3% |
| hidróxido de aluminio | 5% |
| Carga total | 32% (ajustable al 25–30%) |
II. Pasos clave del procesamiento
1. Mezcla y dispersión
A. Pretratamiento:
- Secar hipofosfito de aluminio, APP y MCA a 80°C durante 2 horas (evita la absorción de humedad).
- Trate los rellenos inorgánicos (hidróxido de aluminio, borato de zinc) con un agente de acoplamiento de silano (por ejemplo, KH-550).
B. Secuencia de mezcla:
- Resina epoxi + Retardantes de llama (60°C, agitar durante 1 h)
- Añadir agente de curado de anhídrido (mantener la temperatura <80 °C)
- Desgasificación al vacío (-0,095 MPa, 30 min)
2. Proceso de curado
Curado escalonado (equilibra la estabilidad del retardante de llama y una Tg alta):
- 85°C / 2h (iniciación lenta, reduce burbujas)
- 120°C / 2h (garantiza la reacción completa del anhídrido)
- 150 °C / 1 h (aumenta la densidad de reticulación, Tg >125 °C)
3. Notas clave
- Control de viscosidad: si la viscosidad es demasiado alta, agregue un 5 % de diluyente epoxi reactivo (por ejemplo, AGE).
- Curado retardado: utilice anhídrido metilhexahidroftálico (MeHHPA) o agregue 0,2 % de 2-etil-4-metilimidazol (ralentiza la reacción a temperatura ambiente).
III. Verificación y ajuste del rendimiento
1. Retardancia de llama:
- Prueba UL94 V0 (espesor de 1,6 mm): garantiza un tiempo de combustión <10 segundos y sin goteo.
- Si falla: Aumentar hipofosfito de aluminio (+3%) o APP (+2%).
2. Rendimiento térmico:
- Prueba DSC para Tg: si Tg <125 °C, reduzca el hidróxido de aluminio (reduce la Tg debido al efecto endotérmico).
3. Propiedades mecánicas:
- Si la resistencia a la flexión disminuye, agregue entre 1 y 2 % de nanosílice como refuerzo.
IV. Posibles problemas y soluciones
Tabla de problemas y soluciones sobre retardantes de llama
| Asunto | Causa | Solución |
|---|---|---|
| Curado incompleto | Absorción de humedad o interferencia del pH por retardantes de llama | Rellenos presecados, utilice APP resistente al ácido |
| Flujo de resina deficiente | Carga excesiva de relleno | Reducir el hidróxido de aluminio al 3% o añadir diluyente. |
| Falla UL94 | Sinergia de PN insuficiente | Aumentar el MCA (al 6%) o el hipofosfito de aluminio (al 15%) |
V. Formulación alternativa (si es necesaria)
Reemplazar parte de APP con derivados de DOPO (por ejemplo, DOPO-HQ):
- El 8% de DOPO-HQ + el 10% de hipofosfito de aluminio reduce la carga total (~18%) mientras mantiene el rendimiento.
Esta combinación equilibra la resistencia al fuego, la seguridad ambiental y el rendimiento a altas temperaturas. Se recomiendan pruebas a pequeña escala (500 g) antes de la producción a gran escala.
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Hora de publicación: 25 de julio de 2025
