Formulação XPS retardante de chama halogenada e livre de halogênio

A placa de poliestireno extrudido (XPS) é um material amplamente utilizado para isolamento em edifícios, e suas propriedades retardantes de chama são cruciais para a segurança predial. O desenvolvimento de formulações retardantes de chama para XPS exige uma análise abrangente da eficiência do retardante, do desempenho do processamento, do custo e dos requisitos ambientais. A seguir, apresentamos um projeto detalhado e uma explicação das formulações retardantes de chama para XPS, abrangendo soluções com e sem halogênios.

1. Princípios de projeto para formulações retardantes de chama XPS

O principal componente do XPS é o poliestireno (PS), e sua modificação como retardante de chama é obtida principalmente pela adição de retardantes de chama. O projeto da formulação deve seguir os seguintes princípios:

• Alta resistência à chamaAtender aos padrões de retardamento de chamas para materiais de construção (por exemplo, GB 8624-2012).
• Desempenho de processamentoO retardante de chama não deve afetar significativamente o processo de espumação e moldagem do XPS.
• respeito ao meio ambientePara cumprir as normas ambientais, deve-se priorizar o uso de retardantes de chama livres de halogênio.
• Controle de custosMinimizar custos sem comprometer o desempenho.

2. Formulação XPS de retardante de chama halogenado

Os retardantes de chama halogenados (por exemplo, bromados) interrompem a reação em cadeia da combustão liberando radicais halogênios, oferecendo alta eficiência como retardantes de chama, mas apresentando riscos ambientais e à saúde.

(1) Composição da formulação:

• Poliestireno (PS): 100 phr (resina base)
• retardante de chama bromado: 10–20 phr (por exemplo, hexabromociclododecano (HBCD) ou poliestireno bromado)
• Trióxido de antimônio (sinergista): 3–5 phr (aumenta o efeito retardante de chamas)
• Agente espumante: 5–10 phr (ex.: dióxido de carbono ou butano)
• Dispersante: 1–2 phr (ex.: cera de polietileno, melhora a dispersão do retardante de chama)
• Lubrificante: 1–2 phr (ex.: estearato de cálcio, melhora a fluidez do processamento)
• Antioxidante: 0,5–1 parte (ex.: 1010 ou 168, evita a degradação durante o processamento)

(2) Método de processamento:

• Pré-mistura de resina PS, retardante de chama, sinergista, dispersante, lubrificante e antioxidante de forma uniforme.
• Adicione o agente espumante e misture por fusão em uma extrusora.
• Controle a temperatura de extrusão entre 180 e 220 °C para garantir a formação adequada de espuma e a moldagem correta.

(3) Características:

• VantagensAlta eficiência retardante de chamas, baixa quantidade de aditivos e custo reduzido.
• DesvantagensPode produzir gases tóxicos (por exemplo, brometo de hidrogênio) durante a combustão, representando preocupações ambientais.

3. Formulação XPS retardante de chama livre de halogênio

Os retardantes de chama isentos de halogênio (por exemplo, à base de fósforo, à base de nitrogênio ou hidróxidos inorgânicos) alcançam a retardância à chama por meio da absorção de calor ou da formação de camadas protetoras, oferecendo melhor desempenho ambiental.

(1) Composição da formulação:

• Poliestireno (PS): 100 phr (resina base)
• Retardante de chama à base de fósforo: 10–15phr (ex:polifosfato de amônio (APP)ou fósforo vermelho)
• Retardante de chama à base de nitrogênio: 5–10 phr (ex.: cianurato de melamina (MCA))
• Hidróxido inorgânico: 20–30 phr (ex.: hidróxido de magnésio ou hidróxido de alumínio)
• Agente espumante: 5–10 phr (ex.: dióxido de carbono ou butano)
• Dispersante: 1–2 phr (ex.: cera de polietileno, melhora a dispersão)
• Lubrificante: 1–2 phr (ex.: estearato de zinco, melhora a fluidez do processamento)
• Antioxidante: 0,5–1 parte (ex.: 1010 ou 168, evita a degradação durante o processamento)

(2) Método de processamento:

• Pré-mistura uniforme de resina PS, retardante de chama, dispersante, lubrificante e antioxidante.
• Adicione o agente espumante e misture por fusão em uma extrusora.
• Controle a temperatura de extrusão entre 180 e 210 °C para garantir a formação adequada de espuma e a moldagem correta.

(3) Características:

• VantagensEcológico, não produz gases tóxicos durante a combustão e está em conformidade com as normas ambientais.
• DesvantagensMenor eficiência do retardante de chamas e maiores quantidades de aditivos podem afetar as propriedades mecânicas e o desempenho da formação de espuma.

4. Considerações importantes no desenvolvimento de formulações

(1) Seleção de retardante de chama

• retardantes de chama halogenadosAlta eficiência, mas apresentam riscos ambientais e para a saúde.
• Retardantes de chama sem halogênioMais ecológico, mas requer maiores quantidades de aditivos.

(2) Utilização de sinergistas

• Trióxido de antimônioAtua em sinergia com retardantes de chama halogenados para melhorar significativamente a resistência ao fogo.
• Sinergia fósforo-nitrogênioEm sistemas livres de halogênios, retardantes de chama à base de fósforo e nitrogênio podem atuar em conjunto para melhorar a eficiência.

(3) Dispersão e Processabilidade

• DispersantesGarantir a dispersão uniforme dos retardantes de chama para evitar altas concentrações localizadas.
• LubrificantesMelhorar a fluidez do processo e reduzir o desgaste dos equipamentos.

(4) Seleção do agente espumante

• Agentes espumantes físicos: Como CO₂ ou butano, que são ecologicamente corretos e têm bons efeitos de formação de espuma.
• Agentes espumantes químicos: Como a azodicarbonamida (AC), que possui alta eficiência na formação de espuma, mas pode produzir gases nocivos.

(5) Antioxidantes

Prevenir a degradação do material durante o processamento e aumentar a estabilidade do produto.

5. Aplicações típicas

• Isolamento de edifíciosUtilizado em camadas de isolamento de paredes, telhados e pisos.
• Logística da cadeia de frioIsolamento para câmaras frigoríficas e veículos refrigerados.
• Outros camposMateriais decorativos, materiais de isolamento acústico, etc.

6. Recomendações para Otimização da Formulação

(1) Melhorar a eficiência dos retardantes de chama

• Retardantes de chama misturados:Tal como as sinergias halogénio-antimónio ou fósforo-nitrogénio para melhorar a resistência às chamas.
• Retardantes de chama em nanoescalaComo, por exemplo, hidróxido de magnésio em nanoescala ou nanoargila, que melhoram a eficiência e reduzem a quantidade de aditivos.

(2) Melhoria das propriedades mecânicas

• Agentes de endurecimentoMateriais como POE ou EPDM melhoram a resistência e a durabilidade em impactos.
• Cargas de reforço: Como fibras de vidro, que aumentam a resistência e a rigidez.

(3) Redução de custos

• Otimizar as proporções de retardante de chamasReduzir o consumo, mantendo os requisitos de resistência à chama.
• Selecione materiais com boa relação custo-benefício: Como, por exemplo, retardantes de chama domésticos ou misturados.

7. Requisitos Ambientais e Regulamentares

• retardantes de chama halogenadosRestrições impostas por regulamentações como RoHS e REACH; use com cautela.
• Retardantes de chama sem halogênioCumprir as normas ambientais e representar as tendências futuras.

Resumo

O desenvolvimento de formulações de retardantes de chama para XPS deve ser baseado em cenários de aplicação específicos e requisitos regulamentares, optando-se entre retardantes de chama halogenados ou não halogenados. Os retardantes de chama halogenados oferecem alta eficiência, mas apresentam preocupações ambientais, enquanto os retardantes de chama não halogenados são mais ecológicos, porém requerem maiores quantidades de aditivos. Por meio da otimização de formulações e processos, é possível produzir XPS retardante de chama de alto desempenho, ecologicamente correto e com custo-benefício vantajoso, atendendo às necessidades de isolamento de edifícios e outras áreas.

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