Formulación de referencia de masterbatch ignífugo de PVC
Diseño y optimización de formulaciones de masterbatch retardantes de llama de PVC, incorporando retardantes de llama existentes y componentes sinérgicos clave, con el objetivo de alcanzar un grado de retardancia de llama UL94 V0 (ajustable a V2 reduciendo las cantidades de aditivos).
I. Recomendación de fórmula base (PVC rígido)
Formulación retardante de llama de plástico:
| Componente | Carga (% en peso) | Descripción de la función |
|---|---|---|
| Resina de PVC (tipo SG-5) | 40-50% | Material de matriz, preferiblemente de grado de baja absorción de aceite. |
| hipofosfito de aluminio | 12-15% | Fuente de ácido para la formación de carbón, suprime el resplandor. |
| Borato de zinc | 8-10% | Supresión de humo sinérgica, reacciona con el HCl procedente de la descomposición del PVC. |
| Hidróxido de aluminio modificado superficialmente | 10-12% | Enfriamiento endotérmico, requiere recubrimiento con agente de acoplamiento de silano (la temperatura de descomposición coincide con el procesamiento del PVC) |
| Trióxido de antimonio (Sb₂O₃) | 3-5% | Sinergista central, mejora la resistencia al fuego mediante la sinergia Cl-Sb |
| Molibdato de zinc (supresor de humo) | 5-8% | Aditivo recomendado, reduce la densidad del humo (clave para el cumplimiento de la norma DIN 4102) |
| Dipentaeritritol (DPE) | 2-3% | Auxiliar en la formación de carbón, mejora el control del goteo de la masa fundida |
| Estabilizador térmico (compuesto Ca-Zn) | 3-4% | Esencial para evitar la degradación térmica durante el procesamiento. |
| Plastificante (DOP o eco-alternativa) | 0-8% | Ajuste de dureza (opcional para PVC rígido) |
| Lubricante (estearato de calcio) | 1-1,5% | Mejora la procesabilidad y evita que los rodillos se peguen. |
| Auxiliar de procesamiento (ACR) | 1-2% | Mejora la plastificación y la dispersión del masterbatch. |
II. Principios clave de optimización
- Sistema Sinérgico Retardante de Llama
- Sinergia Cl-Sb: el cloro inherente del PVC (56%) combinado con un 3-5% de Sb₂O₃ forma una barrera de SbCl₃, lo que permite un retardo de llama de doble acción en fase gaseosa/fase condensada.
- Supresión de humo: el molibdato de zinc + borato de zinc reduce la densidad del humo en >40% (ASTM E662).
- Mejora del carbón: el hipofosfito de aluminio + DPE genera carbón de éster fosfórico reticulado a 200–250 °C, compensando la deficiencia de carbón en la etapa inicial del PVC.
- Adaptabilidad del procesamiento
- Adaptación de temperatura: el hipofosfito de aluminio (descomposición ≥250 °C) y el Al(OH)₃ modificado en superficie (estable a >200 °C) son adecuados para el procesamiento de PVC (160–190 °C).
- Garantía de estabilidad: Los estabilizadores de Ca-Zn evitan la degradación de la resina por la liberación de HCl; el ACR ayuda a la plastificación en sistemas con alto contenido de relleno.
- Equilibrio de rendimiento
- Carga total de retardante de llama: 35–45%, retención de resistencia a la tracción ≥80% (típico ≥40 MPa para PVC rígido).
- Para lograr flexibilidad (PVC flexible), reemplace el DOP con aceite de soja epoxidado al 8% (plastificante dual/retardante de llama).
III. Métricas de prueba y validación
Retardancia de llama:
- UL94 V0 (1,6 mm de espesor)
- Índice de oxígeno limitante (LOI) ≥32%
Control de humo:
- Prueba de cámara de humo NBS: densidad óptica específica máximaDs≤150 (modo flameante)
Propiedades mecánicas:
- Resistencia a la tracción ≥35 MPa (rígido), alargamiento de rotura ≥200 % (flexible)
Estabilidad térmica:
- DMA confirma que no hay caída del módulo a 180 °C.
IV. Ajustes de costos y ecológicos
Alternativa de bajo costo:
- Reducir el molibdato de zinc al 3%, reemplazar parcialmente Al(OH)₃ con Mg(OH)₂ (aumentar al 15%).
Solución sin antimonio:
- Eliminar Sb₂O₃, utilizar 2% de dietilfosfinato de aluminio + 5% de nanocaolín (eficiencia ligeramente menor; requiere 3 mm de espesor para V0).
Prioridad de humo:
- Agregue un 1% de negro de carbón recubierto de resina de silicona para reducir aún más la densidad del humo en un 15%.
V. Directrices de procesamiento
- Secuencia de mezcla:
Resina de PVC → estabilizador + lubricante → retardantes de llama (de baja a alta densidad) → plastificante (añadido en aerosol al final). - Temperaturas de procesamiento:
Zonas de extrusión de doble husillo: 160 °C (alimentación) → 170 °C (fusión) → 180 °C (mezcla) → 175 °C (cabezal de matriz). - Concentración del masterbatch:
Se recomienda una carga del 50 %; diluir 1:1 con PVC virgen para moldeo por inyección de uso final.
Esta formulación equilibra alta resistencia a la llama, baja emisión de humo y estabilidad de procesamiento. Se recomienda realizar pruebas a pequeña escala antes de escalar, con ajustes según la forma del producto (láminas, cables, etc.).
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Hora de publicación: 08-jul-2025
