Formulação retardante de chama livre de halogênio para sistema de revestimento de TPU usando solvente DMF

Formulação retardante de chama livre de halogênio para sistema de revestimento de TPU usando solvente DMF

Para sistemas de revestimento de TPU que utilizam dimetilformamida (DMF) como solvente, o uso de hipofosfito de alumínio (AHP) e borato de zinco (ZB) como retardantes de chama requer uma avaliação sistemática. Abaixo, segue uma análise detalhada e um plano de implementação:

I. Análise de Viabilidade do Hipofosfito de Alumínio (AHP)

1. Mecanismo e vantagens de retardamento de chama

• Mecanismo:
• Decompõe-se a altas temperaturas, gerando ácidos fosfórico e metafosfórico, o que promove a formação de carvão no TPU (retardante de chama em fase condensada).
• Libera radicais PO· para interromper as reações em cadeia da combustão (retardante de chama na fase gasosa).
• Vantagens:
• Sem halogênios, baixa emissão de fumaça, baixa toxicidade, em conformidade com RoHS/REACH.
• Boa estabilidade térmica (temperatura de decomposição ≈300°C), adequada para processos de secagem de TPU (tipicamente <150°C).

2. Desafios e Soluções de Aplicação

3. Formulação e Processo Recomendados

• Exemplo de formulação:
• Base TPU/DMF: 100 phr
• AHP com superfície modificada: 20 phr
• Borato de zinco (ZB): 5 phr (sinergia na supressão da fumaça)
• Dispersante (BYK-110): 1,5 phr
• Pontos-chave do processo:
• Pré-misture o AHP com dispersante e DMF parcial sob alta taxa de cisalhamento (≥3000 rpm, 30 min) e, em seguida, misture com a pasta de TPU.
• Secagem pós-revestimento: 120-150°C, prolongar o tempo em 10% para garantir a evaporação completa do DMF.

II. Análise de Viabilidade do Borato de Zinco (ZB)

1. Mecanismo e vantagens de retardamento de chama

• Mecanismo:
• Forma uma camada de vidro B₂O₃ em altas temperaturas, bloqueando o oxigênio e o calor (retardante de chama em fase condensada).
• Libera água ligada (aproximadamente 13%), diluindo gases inflamáveis ​​e resfriando o sistema.
• Vantagens:
• Forte efeito sinérgico com AHP ou tri-hidróxido de alumínio (ATH).
• Excelente supressão de fumaça, ideal para aplicações com baixa emissão de fumaça.

2. Desafios e Soluções de Aplicação

3. Formulação e Processo Recomendados

• Exemplo de formulação:
• Base TPU/DMF: 100 phr
• ZB em nanoescala: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Agente umectante (Tego 750W): 1 phr
• Pontos-chave do processo:
• Pré-disperse o ZB em DMF por meio de moagem com esferas (tamanho de partícula ≤2μm) antes de misturar com a pasta de TPU.
• Prolongue o tempo de secagem (por exemplo, 30 minutos) para evitar que a umidade residual afete a resistência à chama.

III. Avaliação sinérgica do sistema AHP + ZB

1. Efeitos sinérgicos retardantes de chamas

• Sinergia entre as fases gasosa e condensada:
• O AHP fornece fósforo para a carbonização, enquanto o ZB estabiliza a camada carbonizada e suprime a luminescência residual.
• LOI combinado: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) alcançável.
• Supressão de fumaça:
• O ZB reduz a emissão de fumaça em mais de 50% (teste do calorímetro de cone).

2. Recomendações para o Equilíbrio de Desempenho

• Compensação por danos em propriedades mecânicas:
• Adicionar 2-3% de plastificante TPU (por exemplo, policaprolactona poliol) para manter a flexibilidade (alongamento >300%).
• Utilize pós ultrafinos (AHP/ZB <2μm) para minimizar a perda de resistência à tração.
• Controle de estabilidade do processo:
• Mantenha a viscosidade da pasta entre 2000 e 4000 cP (Brookfield RV, fuso 4, 20 rpm) para um revestimento uniforme.

IV. Comparação com retardantes de chama líquidos à base de solventes

V. Etapas de implementação recomendadas

1. Testes em escala laboratorial:

• Avalie AHP/ZB individualmente e em combinação (carga de gradiente: 10%, 15%, 20%).
• Avaliar a estabilidade da dispersão (ausência de sedimentação após 24 horas), alterações na viscosidade e uniformidade do revestimento.

1. Validação em escala piloto:

• Otimizar as condições de secagem (tempo/temperatura) e testar a resistência à chama (UL94, LOI) e as propriedades mecânicas.
• Comparação de custos: Se o método AHP+ZB reduzir os custos em mais de 30% em comparação com os FRs líquidos, ele é economicamente viável.

1. Preparação para o aumento de escala:

• Colaborar com fornecedores para desenvolver masterbatches pré-dispersos de AHP/ZB (à base de DMF) para simplificar a produção.

VI. Conclusão

Com processos de dispersão controlados, AHP e ZB podem servir como retardantes de chama eficazes para revestimentos de TPU/DMF, desde que:

1. Modificação de superfície + dispersão de alto cisalhamentoÉ aplicado para evitar a aglomeração de partículas.
2. AHP (primário) + ZB (sinergista)Equilibra eficiência e custo.
3. Paraalta transparência/flexibilidadePara atender aos requisitos de resistência, os retardantes de chama líquidos à base de fósforo e nitrogênio (por exemplo, Levagard 4090N) continuam sendo preferíveis.

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO e REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com