Formulação retardante de chama PBT livre de halogênio

Formulação retardante de chama PBT livre de halogênio

Para desenvolver um sistema retardante de chama (FR) livre de halogênios para PBT, é essencial equilibrar a eficiência da retardância à chama, a estabilidade térmica, a compatibilidade com a temperatura de processamento e as propriedades mecânicas.

I. Combinações principais de retardantes de chama

1. Hipofosfito de alumínio + MCA (cianurato de melamina) + borato de zinco

Mecanismo:

• Hipofosfito de alumínio (estabilidade térmica > 300 °C): Promove a formação de carvão na fase condensada e libera radicais PO· na fase gasosa para interromper as reações em cadeia da combustão.
• MCA (Temperatura de decomposição ~300°C): A decomposição endotérmica libera gases inertes (NH₃, H₂O), diluindo gases inflamáveis ​​e suprimindo o gotejamento do material fundido.
• Borato de zinco (temperatura de decomposição > 300 °C): Aumenta a formação de carvão vítreo, reduzindo a fumaça e a incandescência residual.

Proporção recomendada:
Hipofosfito de alumínio (10-15%) + MCA (5-8%) + Borato de zinco (3-5%).

2. Hidróxido de magnésio com superfície modificada + hipofosfito de alumínio + fosfinato orgânico (ex.: ADP)

Mecanismo:

• Hidróxido de magnésio modificado (temperatura de decomposição ~300°C): O tratamento de superfície (silano/titanato) melhora a dispersão e a estabilidade térmica, ao mesmo tempo que absorve calor para reduzir a temperatura do material.
• Fosfinato orgânico (ex.: ADP, estabilidade térmica > 300 °C): Retardante de chama em fase gasosa altamente eficaz, com sinergia com sistemas de fósforo-nitrogênio.

Proporção recomendada:
Hidróxido de magnésio (15-20%) + Hipofosfito de alumínio (8-12%) + ADP (5-8%).

II. Sinergistas Opcionais

• Nanoargila/Talco (2-3%): Melhora a qualidade do carvão e as propriedades mecânicas, ao mesmo tempo que reduz a dosagem de retardante de chama.
• PTFE (politetrafluoroetileno, 0,2-0,5%): Agente antigotejamento para evitar gotículas em chamas.
• Pó de silicone (2-4%): Promove a formação de uma camada carbonizada densa, melhorando a resistência à chama e o brilho da superfície.

III. Combinações a Evitar

• Hidróxido de alumínio: Decompõe-se a 180-200°C (abaixo da temperatura de processamento do PBT, que é de 220-250°C), levando à degradação prematura.
• Hidróxido de magnésio não modificado: Requer tratamento de superfície para evitar aglomeração e decomposição térmica durante o processamento.

IV. Recomendações para Otimização de Desempenho

1. Tratamento de superfície: Utilize agentes de acoplamento de silano em hidróxido de magnésio e borato de zinco para melhorar a dispersão e a adesão interfacial.
2. Controle da temperatura de processamento: Garanta que a temperatura de decomposição do retardante de chama seja superior a 250 °C para evitar a degradação durante o processamento.
3. Equilíbrio das propriedades mecânicas: Incorporar nanopartículas (por exemplo, SiO₂) ou agentes de reforço (por exemplo, POE-g-MAH) para compensar a perda de resistência.

V. Exemplo de formulação típica

VI. Parâmetros de teste principais

• Retardância à chama: UL94 V-0 (1,6 mm), LOI > 35%.
• Estabilidade térmica: Resíduo TGA > 25% (600°C).
• Propriedades mecânicas: Resistência à tração > 45 MPa, resistência ao impacto com entalhe > 4 kJ/m².

Ao otimizar as proporções, é possível obter um sistema retardante de chamas eficiente e livre de halogênios, mantendo o desempenho geral do PBT.

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