Fórmulas retardantes de llama de adhesivo en polvo de poliuretano AB

Fórmulas retardantes de llama de adhesivo en polvo de poliuretano AB
Con base en la demanda de formulaciones retardantes de llama sin halógenos para adhesivos de poliuretano AB, combinadas con las características y los efectos sinérgicos de retardantes de llama como el hipofosfito de aluminio (AHP), el hidróxido de aluminio (ATH), el borato de zinc y el cianurato de melamina (MCA), se han diseñado los siguientes tres esquemas de composición. Estas formulaciones no contienen cloro y se centran en optimizar la eficiencia del retardante de llama, la compatibilidad con el rendimiento físico y la viabilidad del proceso:

1. Formulación de alta resistencia al fuego (para encapsulado electrónico, encapsulado de baterías, según UL94 V-0)

Combinación de núcleo ignífugo:

• Hipofosfito de aluminio (AHP): 8-12 phr (tipo recubierto de poliuretano a base de agua recomendado para abordar problemas de precipitación)
• Hidróxido de aluminio (ATH): 20-25 phr (grado submicrónico, 0,2-1,0 μm, para mejorar el índice de oxígeno y la compacidad del carbón)
• MCA: 5-8 phr (mecanismo de fase gaseosa, sinérgico con AHP en la fase condensada)
• Borato de zinc: 3-5 phr (promueve la formación de carbón cerámico e inhibe la combustión lenta)

Rendimiento esperado:

• Índice de oxígeno (LOI): ≥32% (PU puro ≈22%);
• Clasificación UL94: V-0 (1,6 mm de espesor);
• Conductividad térmica: 0,45-0,55 W/m·K (aportada por ATH y borato de zinc);
• Control de viscosidad: 25.000-30.000 cP (se requiere tratamiento de superficie para evitar la sedimentación).

Proceso clave:

• El AHP debe dispersarse previamente en el componente de poliol (Parte A) para evitar una reacción prematura con el isocianato (Parte B);
• El ATH debe modificarse con un agente de acoplamiento de silano (por ejemplo, KH-550) para mejorar la unión interfacial.

2. Formulación general de bajo costo (para sellado de construcción, unión de muebles, según UL94 V-1)

Combinación de núcleo ignífugo:

• Hidróxido de aluminio (ATH): 30-40 phr (retardante de llama de tipo relleno, rentable y de grado micrométrico estándar);
• Polifosfato de amonio (APP): 10-15 phr (combinado con MCA para un sistema intumescente, reemplazando agentes halogenados);
• MCA: 5-7 phr (relación con APP 1:2~1:3, promueve la formación de espuma y el aislamiento del oxígeno);
• Borato de zinc: 5 phr (supresión de humo, formación de carbón auxiliar).

Rendimiento esperado:

• LOI: ≥28%;
• Clasificación UL94: V-1;
• Reducción de costos: ~30% (en comparación con la formulación de alta resistencia al fuego);
• Retención de resistencia a la tracción: ≥80% (APP requiere encapsulación para evitar la hidrólisis).

Proceso clave:

• El APP debe estar microencapsulado (por ejemplo, con resina de melamina-formaldehído) para evitar la absorción de humedad y la formación de burbujas;
• Agregue 1-2 phr de sílice pirogénica hidrófoba (por ejemplo, Aerosil R202) para evitar la sedimentación.

3. Formulación de fácil procesamiento y baja viscosidad (para unión de componentes electrónicos de precisión que requieren alta fluidez)

Combinación de núcleo ignífugo:

• Hipofosfito de aluminio (AHP): 5-8 phr (nanosimétrico, D50 ≤1 μm);
• Retardante de llama de fósforo orgánico líquido (alternativa BDP): 8-10 phr (por ejemplo, derivados de DMMP a base de fósforo sin halógenos, que mantienen la viscosidad);
• Hidróxido de aluminio (ATH): 15 phr (compuesto de alúmina esférico, que equilibra la conductividad térmica);
• MCA: 3-5 frecuencias.

Rendimiento esperado:

• Rango de viscosidad: 10.000-15.000 cP (cercano a los sistemas retardantes de llama líquidos);
• Retardancia a la llama: UL94 V-0 (mejorado con fósforo líquido);
• Conductividad térmica: ≥0,6 W/m·K (aportada por alúmina esférica).

Proceso clave:

• El AHP y la alúmina esférica deben mezclarse y dispersarse bajo alto cizallamiento (≥2000 rpm);
• Agregue desecante de tamiz molecular de 4 a 6 phr a la Parte B para evitar la absorción de humedad del AHP.

4. Agrupación de puntos técnicos y soluciones alternativas

1. Mecanismos sinérgicos:

• AHP + MCA:El AHP promueve la deshidratación y la carbonización, mientras que el MCA libera gas nitrógeno al calentarse, formando una capa de carbón similar a un panal.
• ATH + Borato de zinc:El ATH absorbe calor (1967 J/g) y el borato de zinc forma una capa de vidrio de borato para cubrir la superficie.

2. Retardantes de llama alternativos:

• Derivados de polifosfaceno:Alta eficiencia y respetuoso con el medio ambiente, con utilización de HCl como subproducto;
• Resina de silicona epoxi (ESR):Cuando se combina con AHP, reduce la carga total (18% para V-0) y mejora las propiedades mecánicas.

3. Control de riesgos de procesos:

• Sedimentación:Se requieren agentes antisedimentación (por ejemplo, tipos modificados con poliurea) si la viscosidad <10 000 cP;
• Inhibición de curado:Evite el uso excesivo de retardantes de llama alcalinos (por ejemplo, MCA) para evitar interferencias con las reacciones de isocianato.

5. Recomendaciones de implementación

• Priorizar la prueba de la formulación de alta resistencia a la llama: AHP recubierto + ATH submicrónico (tamaño de partícula promedio de 0,5 μm) en AHP:ATH:MCA = 10:20:5 para la optimización inicial.
• Pruebas clave:
  → LOI (GB/T 2406.2) y quema vertical UL94;
  → Resistencia de unión después del ciclo térmico (-30℃~100℃, 200 horas);
  → Precipitación retardante de llama después del envejecimiento acelerado (60 ℃/7 días).

Tabla de formulación de retardantes de llama