Formulación retardante de llama de referencia para adhesivo acrílico termoendurecible
Para cumplir con los requisitos de retardancia de llama UL94 V0 para adhesivos acrílicos termoendurecibles, considerando las características de los retardantes de llama existentes y las especificidades de los sistemas termoendurecibles, se propone la siguiente formulación optimizada y análisis clave:
I. Principios de diseño de formulaciones y requisitos del sistema termoendurecible
- Debe coincidir con la temperatura de curado (normalmente 120–180 °C)
- Los retardantes de llama deben soportar un procesamiento a alta temperatura (evitar fallas por descomposición)
- Garantizar la estabilidad de la dispersión en sistemas de alta densidad de reticulación
- Equilibrar la resistencia mecánica posterior al curado y la eficiencia de retardo de llama
II. Diseño de sistemas ignífugos sinérgicos
Funciones ignífugas y compatibilidad con termoestables
| Retardante de llama | Rol principal | Compatibilidad con termoestables | Carga recomendada |
|---|---|---|---|
| ATH ultrafino | FR principal: Deshidratación endotérmica, dilución en fase gaseosa | Requiere modificación de la superficie (antiaglomeración) | ≤35% (la carga excesiva reduce la reticulación) |
| hipofosfito de aluminio | Sinergista: Catalizador de carbón, eliminador de radicales (PO·) | Temperatura de descomposición >300 °C, adecuada para el curado. | 8–12% |
| Borato de zinc | Potenciador de carbón: Forma una barrera vítrea, reduce el humo. | Se sinergiza con ATH (carbonato de Al-BO) | 5–8% |
| MCA (cianurato de melamina) | FR en fase gaseosa: libera NH₃, inhibe la combustión | Temperatura de descomposición: 250–300 °C (temperatura de curado: <250 °C) | 3–5% |
III. Formulación recomendada (% en peso)
Pautas de procesamiento de componentes
| Componente | Relación | Notas de procesamiento de claves |
|---|---|---|
| resina acrílica termoendurecible | 45–50% | Tipo de baja viscosidad (por ejemplo, acrilato epoxi) para una alta carga de relleno |
| ATH modificado en superficie (D50 <5 µm) | 25–30% | Pretratado con silano KH-550 |
| hipofosfito de aluminio | 10–12% | Premezclado con ATH, añadido en lotes |
| Borato de zinc | 6–8% | Añadido con MCA; evita la degradación por alto cizallamiento |
| MCA | 4–5% | Mezcla a baja velocidad en etapa tardía (<250 °C) |
| Dispersante (BYK-2152 + cera PE) | 1,5–2% | Garantiza una dispersión uniforme del relleno. |
| Agente de acoplamiento (KH-550) | 1% | Pretratado con ATH/hipofosfito |
| Agente de curado (BPO) | 1–2% | Activador de baja temperatura para un curado rápido. |
| Agente antisedimentación (Aerosil R202) | 0,5% | Antisedimentación tixotrópica |
IV. Controles críticos de procesos
1. Proceso de dispersión
- Pretratamiento: ATH e hipofosfito remojados en solución de KH-550/etanol al 5% (2 h, secado a 80 °C)
- Secuencia de mezcla:
- Resina + dispersante → Mezcla a baja velocidad → Agregar ATH modificado/hipofosfito → Dispersión a alta velocidad (2500 rpm, 20 min) → Agregar borato de zinc/MCA → Mezcla a baja velocidad (evitar la degradación del MCA)
- Equipo: Mezclador planetario (desgasificador al vacío) o molino de tres rodillos (para polvos ultrafinos)
2. Optimización del curado
- Curado escalonado: 80 °C/1 h (pregelificación) → 140 °C/2 h (poscurado, evitar la descomposición del MCA)
- Control de presión: 0,5–1 MPa para evitar que el relleno se asiente
3. Mecanismos sinérgicos
- ATH + Hipofosfito: Forma carbón reforzado con AlPO₄ mientras elimina radicales (PO·)
- Borato de zinc + MCA: Doble barrera gas-sólido (dilución de NH₃ + capa vítrea fundida)
V. Estrategias de optimización del rendimiento
Problemas comunes y soluciones
| Asunto | Causa principal | Solución |
|---|---|---|
| Goteo de encendido | Baja viscosidad de fusión | Aumente el MCA al 5% + hipofosfito al 12%, o agregue 0,5% de micropolvo de PTFE |
| Fragilidad poscurado | Carga excesiva de ATH | Reducir el ATH al 25% + 5% nano-CaCO₃ (endurecimiento) |
| Sedimentación de almacenamiento | Mala tixotropía | Aumente la sílice al 0,8% o cambie a BYK-410 |
| LOI <28% | FR en fase gaseosa insuficiente | Añadir 2% de fósforo rojo recubierto o 1% de nano-BN |
VI. Métricas de validación
- UL94 V0: muestras de 3,2 mm, tiempo total de llama <50 s (sin ignición del algodón)
- LOI ≥30% (margen de seguridad)
- Residuo de TGA >25% (800°C, N₂)
- Equilibrio mecánico: Resistencia a la tracción >8 MPa, resistencia al corte >6 MPa
Conclusiones clave
- Alcanza la clasificación V0 manteniendo la integridad mecánica.
- Se recomienda realizar pruebas a pequeña escala (50 g) antes de escalar.
- Para un mayor rendimiento: se pueden agregar entre un 2 y un 3 % de derivados de DOPO (por ejemplo, fosfafenantreno).
Esta fórmula garantiza el cumplimiento de estrictos estándares de resistencia al fuego al tiempo que optimiza la procesabilidad y el rendimiento del uso final.
Hora de publicación: 01-jul-2025
