Formulación retardante de llama sin halógenos para sistemas de recubrimiento de TPU con disolvente DMF

Formulación retardante de llama sin halógenos para sistemas de recubrimiento de TPU con disolvente DMF

Para sistemas de recubrimiento de TPU que utilizan dimetilformamida (DMF) como disolvente, el uso de hipofosfito de aluminio (AHP) y borato de zinc (ZB) como retardantes de llama requiere una evaluación sistemática. A continuación, se presenta un análisis detallado y un plan de implementación:

I. Análisis de viabilidad del hipofosfito de aluminio (AHP)

1. Mecanismo ignífugo y ventajas

• Mecanismo:
• Se descompone a altas temperaturas para generar ácidos fosfórico y metafosfórico, promoviendo la formación de carbón en TPU (retardancia de llama en fase condensada).
• Libera radicales PO· para interrumpir las reacciones en cadena de combustión (retardancia de llama en fase gaseosa).
• Ventajas:
• Libre de halógenos, baja emisión de humo, baja toxicidad, compatible con RoHS/REACH.
• Buena estabilidad térmica (temperatura de descomposición ≈300°C), adecuado para procesos de secado de TPU (normalmente <150°C).

2. Desafíos y soluciones de la aplicación

3. Formulación y proceso recomendados

• Ejemplo de formulación:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• AHP modificado en superficie: 20 phr
• Borato de zinc (ZB): 5 phr (sinergia de supresión de humo)
• Dispersante (BYK-110): 1,5 phr
• Puntos clave del proceso:
• Premezcle AHP con dispersante y DMF parcial bajo alto cizallamiento (≥3000 rpm, 30 min), luego mezcle con suspensión de TPU.
• Secado post-recubrimiento: 120-150°C, extender el tiempo en un 10% para asegurar la evaporación completa del DMF.

II. Análisis de viabilidad del borato de zinc (ZB)

1. Mecanismo ignífugo y ventajas

• Mecanismo:
• Forma una capa de vidrio B₂O₃ a altas temperaturas, bloqueando el oxígeno y el calor (retardancia de llama de fase condensada).
• Libera agua ligada (~13%), diluyendo gases inflamables y enfriando el sistema.
• Ventajas:
• Fuerte efecto sinérgico con AHP o trihidróxido de aluminio (ATH).
• Excelente supresión de humo, ideal para aplicaciones con poco humo.

2. Desafíos y soluciones de la aplicación

3. Formulación y proceso recomendados

• Ejemplo de formulación:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• ZB de tamaño nanométrico: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Agente humectante (Tego 750W): 1 phr
• Puntos clave del proceso:
• Predispersar ZB en DMF mediante molienda de perlas (tamaño de partícula ≤2 μm) antes de mezclar con suspensión de TPU.
• Prolongar el tiempo de secado (por ejemplo, 30 minutos) para evitar que la humedad residual afecte la resistencia al fuego.

III. Evaluación sinérgica del sistema AHP + ZB

1. Efectos retardantes de llama sinérgicos

• Sinergia en fase gaseosa y fase condensada:
• El AHP proporciona fósforo para la carbonización, mientras que el ZB estabiliza la capa de carbón y suprime el resplandor.
• LOI combinado: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) alcanzable.
• Supresión de humo:
• ZB reduce la emisión de humo en >50% (prueba del calorímetro de cono).

2. Recomendaciones para equilibrar el rendimiento

• Compensación de propiedad mecánica:
• Agregue 2-3% de plastificante TPU (por ejemplo, poliol policaprolactona) para mantener la flexibilidad (elongación >300%).
• Utilice polvos ultrafinos (AHP/ZB <2 μm) para minimizar la pérdida de resistencia a la tracción.
• Control de estabilidad del proceso:
• Mantenga la viscosidad de la lechada entre 2000 y 4000 cP (Brookfield RV, husillo 4, 20 rpm) para lograr un recubrimiento uniforme.

IV. Comparación con retardantes de llama líquidos a base de disolventes

V. Pasos de implementación recomendados

1. Pruebas a escala de laboratorio:

• Evaluar AHP/ZB individualmente y en combinación (carga de gradiente: 10%, 15%, 20%).
• Evaluar la estabilidad de la dispersión (sin sedimentación después de 24 h), los cambios de viscosidad y la uniformidad del recubrimiento.

1. Validación a escala piloto:

• Optimizar las condiciones de secado (tiempo/temperatura) y probar la resistencia a la llama (UL94, LOI) y las propiedades mecánicas.
• Comparar costos: si AHP+ZB reduce los costos en >30% frente a los FR líquidos, es económicamente viable.

1. Preparación para la ampliación:

• Colaborar con proveedores para desarrollar masterbatches AHP/ZB predispersados ​​(basados ​​en DMF) para una producción simplificada.

VI. Conclusión

Con procesos de dispersión controlada, AHP y ZB pueden servir como retardantes de llama eficaces para recubrimientos de TPU/DMF, siempre que:

1. Modificación de la superficie + dispersión de alto cizallamientoSe aplica para evitar la aglomeración de partículas.
2. AHP (primario) + ZB (sinergista)equilibra eficiencia y costo.
3. Paraalta transparencia/flexibilidadEn cuanto a los requisitos, los refrigerantes líquidos de nitrógeno y fósforo (por ejemplo, Levagard 4090N) siguen siendo preferibles.

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO y REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com