Algunas formulaciones de referencia de caucho de silicona basadas en retardantes de llama libres de halógenos.

Aquí presentamos cinco formulaciones de caucho de silicona basadas en retardantes de llama libres de halógenos, que incorporan los retardantes proporcionados por el cliente (hipofosfito de aluminio, borato de zinc, MCA, hidróxido de aluminio y polifosfato de amonio). Estas formulaciones buscan garantizar la resistencia al fuego minimizando la cantidad de aditivos para reducir el impacto en las propiedades mecánicas del caucho de silicona.

1. Sistema ignífugo sinérgico de fósforo y nitrógeno (tipo de alta eficiencia formador de carbón)

Objetivo: UL94 V-0, baja emisión de humos, apto para aplicaciones de temperatura media a alta.

Base de goma: Caucho de silicona metilvinílica (VMQ, 100 phr)

Retardantes de llama:

• Hipofosfito de aluminio (AHP, a base de fósforo): 15 phr
• Proporciona una fuente eficiente de fósforo, promueve la formación de carbón vegetal y suprime la combustión en fase gaseosa.
• Cianurato de melamina (MCA, a base de nitrógeno): 10 phr
• Actúa en sinergia con el fósforo, libera gases inertes y diluye el oxígeno.
• borato de zinc (ZnB): 5 phr
• Cataliza la formación de carbón, suprime el humo y mejora la estabilidad de la capa de carbón.
• Hidróxido de aluminio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Descomposición endotérmica, retardo de llama auxiliar y mejor dispersibilidad.

Aditivos:

• Aceite de silicona hidroxilada (2 phr, mejora la procesabilidad)
• Sílice pirogénica (10 phr, refuerzo)
• Agente de curado (diperóxido, 0,8 phr)

Características:

• Carga total de retardante de llama de aproximadamente 50 phr, equilibrando la resistencia al fuego y las propiedades mecánicas.
• La sinergia fósforo-nitrógeno (AHP + MCA) reduce la cantidad necesaria de retardantes de llama individuales.

2. Sistema ignífugo intumescente (tipo de baja carga)

Objetivo: UL94 V-1/V-0, apto para productos delgados

Base de goma: VMQ (100 phr)

Retardantes de llama:

• Polifosfato de amonio (APP, a base de fósforo y nitrógeno): 12 phr
• Núcleo de formación de carbón intumescente, con buena compatibilidad con el caucho de silicona.
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 8 phr
• Fuente suplementaria de fósforo, reduce la higroscopicidad de APP.
• borato de zinc (ZnB): 5 phr
• Catálisis sinérgica del carbón y supresión del goteo.
• Hidróxido de aluminio (molido, 3–20 μm): 15 phr
• Retardante de llama auxiliar de bajo costo, reduce la carga de APP.

Aditivos:

• Aceite de silicona vinílica (3 phr, plastificante)
• Sílice precipitada (15 phr, refuerzo)
• Sistema de curado de platino (0,1% Pt)

Características:

• Carga total de retardante de llama de aproximadamente 40 phr, eficaz para productos delgados debido al mecanismo intumescente.
• La APP requiere un tratamiento superficial (por ejemplo, un agente de acoplamiento de silano) para evitar la migración.

3. Sistema optimizado de hidróxido de aluminio de alta carga (tipo rentable)

Objetivo: UL94 V-0, apto para productos o cables gruesos

Base de goma: VMQ (100 phr)

Retardantes de llama:

• Hidróxido de aluminio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Retardante de llama primario, descomposición endotérmica, tamaño de partícula pequeño para una mejor dispersión.
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 5 phr
• Mejora la eficiencia de la formación de carbón y reduce la carga de ATH.
• borato de zinc (ZnB): 3 phr
• Supresión de humo y antirreflejo.

Aditivos:

• Agente de acoplamiento de silano (KH-550, 1 phr, mejora la interfaz ATH)
• Sílice pirogénica (8 phr, refuerzo)
• Curado con peróxido (DCP, 1 phr)

Características:

• La carga total de retardante de llama es de aproximadamente 58 phr, pero el ATH predomina en términos de rentabilidad.
• El pequeño tamaño de partícula de ATH minimiza la pérdida de resistencia a la tracción.

4. Sistema independiente de hipofosfito de aluminio (AHP)

Solicitud: UL94 V-1/V-2, o donde las fuentes de nitrógeno no son deseables (por ejemplo, para evitar la formación de espuma de MCA que afecte la apariencia).

Formulación recomendada:

• Base de goma: VMQ (100 phr)
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 20–30 phr
• Alto contenido de fósforo (40%); 20 phr proporcionan aproximadamente un 8% de fósforo para una resistencia básica a la llama.
• Para UL94 V-0, aumente a 30 phr (puede afectar las propiedades mecánicas).
• Relleno de refuerzoSílice (10–15 phr, mantiene la resistencia)
• Aditivos: Aceite de silicona hidroxilado (2 phr, procesabilidad) + agente de curado (sistema de diperóxido o platino).

Características:

• Se basa en la resistencia a la llama en fase condensada (formación de carbón), mejora significativamente el índice de oxígeno límite (LOI), pero tiene una supresión de humo limitada.
• Una carga elevada (>25 phr) puede rigidizar el material; se recomienda añadir entre 3 y 5 phr de ZnB para mejorar la calidad del carbón.

5. Mezcla de hipofosfito de aluminio (AHP) + MCA

Solicitud: UL94 V-0, baja carga con sinergia de retardante de llama en fase gaseosa.

Formulación recomendada:

• Base de goma: VMQ (100 phr)
• Hipofosfito de aluminio (AHP): 12–15 phr
• Fuente de fósforo para la formación de carbón vegetal.
• MCA: 8–10 phr
• Fuente de nitrógeno para la sinergia PN, libera gases inertes (por ejemplo, NH₃) para suprimir la propagación de la llama.
• Relleno de refuerzoSílice (10 phr)
• Aditivos: Agente de acoplamiento de silano (1 phr, agente dispersante) + agente de curado.

Características:

• La carga total de retardante de llama es de aproximadamente 20 a 25 phr, significativamente menor que la del AHP por sí solo.
• El MCA reduce la necesidad de AHP, pero puede afectar ligeramente la transparencia (utilice nano-MCA si se requiere claridad).

Resumen de la formulación ignífuga

Recomendaciones experimentales

1. Pruebas de prioridad: AHP + MCA (15+10 phr). Si se alcanza V-0, reduzca gradualmente AHP (por ejemplo, 12+10 phr).
2. Prueba AHP independiente: Comenzar con 20 phr, incrementar en 5 phr para evaluar LOI y UL94, monitoreando las propiedades mecánicas.
3. Supresión de humo: Añada de 3 a 5 phr de ZnB a cualquier formulación sin comprometer su resistencia a la llama.
4. Optimización de costosIncorporar entre 10 y 15 phr de ATH para reducir costes, aunque la cantidad total de excipientes aumenta.

Proceso de mezcla recomendado

(Para caucho de silicona de dos componentes de curado por adición)

1. Pretratamiento de caucho base:

• Introduzca caucho de silicona (por ejemplo, goma 107, aceite de silicona vinílica) en una mezcladora planetaria y desgasifique al vacío si es necesario.

1. Adición ignífuga:

• Retardantes de llama en polvo (por ejemplo, ATH, MH):
• Añadir por lotes, premezclar con el caucho base (mezclado a baja velocidad, 10-15 min) para evitar la aglomeración.
• Si es higroscópico, secar a 80–120 °C.
• Retardantes de llama líquidos (por ejemplo, fosfatos):
• Mezclar directamente con aceite de silicona, agente reticulante, etc., bajo cizallamiento intenso (20–30 min).

1. Otros aditivos:

• Añada secuencialmente los rellenos (por ejemplo, sílice), el agente reticulante (hidrosilano), el catalizador (platino) y los inhibidores.

1. Homogeneización:

• Para lograr una dispersión más precisa, utilice un molino de tres rodillos o un emulsionador de alto cizallamiento (fundamental para nanoaditivos como los nanotubos de carbono).

1. Desgasificación y filtración:

• Desgasificación al vacío (-0,095 MPa, 30 min), filtrado para requisitos de alta pureza.

Consideraciones clave

• Selección de retardantes de llama:
• Los retardantes libres de halógenos (por ejemplo, ATH) requieren un tamaño de partícula fino (1–5 μm); una carga excesiva perjudica las propiedades mecánicas.
• Los retardantes a base de silicona (por ejemplo, las resinas de fenilsilicona) ofrecen una mejor compatibilidad, pero a un coste más elevado.
• Control de procesos:
• Temperatura ≤ 60 °C (evita el envenenamiento del catalizador de platino o el curado prematuro).
• Humedad relativa ≤ 50% (evita reacciones entre el aceite de silicona hidroxilado y los retardantes de llama).

Conclusión

• Producción en masa: Premezcle los retardantes de llama con el caucho base para una mayor eficacia.
• Requisitos de alta estabilidad: Mezclar durante la preparación para minimizar los riesgos de almacenamiento.
• Sistemas nano-ignífugos: Dispersión obligatoria de alta cizalladura para evitar la aglomeración.

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