Formulações de adesivo em pó de poliuretano AB retardantes de chama

Formulações de adesivo em pó de poliuretano AB retardantes de chama
Com base na demanda por formulações retardantes de chama isentas de halogênio para adesivos AB de poliuretano, e considerando as características e os efeitos sinérgicos de retardantes de chama como hipofosfito de alumínio (AHP), hidróxido de alumínio (ATH), borato de zinco e cianurato de melamina (MCA), foram desenvolvidos os três esquemas de composição a seguir. Essas formulações são isentas de cloro e têm como foco a otimização da eficiência retardante de chama, a compatibilidade do desempenho físico e a viabilidade do processo.

1. Formulação com alta resistência à chama (para encapsulamento eletrônico, encapsulamento de baterias, atendendo à norma UL94 V-0)

Combinação principal de retardante de chamas:

• Hipofosfito de alumínio (AHP): 8-12 phr (recomenda-se o tipo à base de água com revestimento de poliuretano para resolver problemas de precipitação)
• Hidróxido de alumínio (ATH): 20-25 phr (grau submicrônico, 0,2-1,0 μm, para melhorar o índice de oxigênio e a compactação do carvão)
• MCA: 5-8 phr (mecanismo em fase gasosa, sinérgico com AHP na fase condensada)
• Borato de zinco: 3-5 phr (promove a formação de carvão cerâmico e inibe a combustão lenta)

Desempenho esperado:

• Índice de oxigênio (LOI): ≥32% (PU puro ≈22%);
• Classificação UL94: V-0 (espessura de 1,6 mm);
• Condutividade térmica: 0,45-0,55 W/m·K (contribuída por ATH e borato de zinco);
• Controle de viscosidade: 25.000-30.000 cP (tratamento de superfície necessário para evitar sedimentação).

Processo chave:

• O AHP deve ser pré-disperso no componente poliol (Parte A) para evitar reação prematura com o isocianato (Parte B);
• O ATH deve ser modificado com um agente de acoplamento de silano (por exemplo, KH-550) para melhorar a ligação interfacial.

2. Formulação geral de baixo custo (para vedação em construções, colagem de móveis, atendendo à norma UL94 V-1)

Combinação principal de retardante de chamas:

• Hidróxido de alumínio (ATH): 30-40 phr (retardante de chama padrão de grau micron, econômico, tipo enchimento);
• Polifosfato de amônio (APP): 10-15 phr (combinado com MCA para um sistema intumescente, substituindo agentes halogenados);
• MCA: 5-7 phr (proporção com APP 1:2~1:3, promove a formação de espuma e o isolamento de oxigênio);
• Borato de zinco: 5 phr (supressão de fumaça, formação auxiliar de carvão).

Desempenho esperado:

• LOI: ≥28%;
• Classificação UL94: V-1;
• Redução de custos: aproximadamente 30% (em comparação com formulações de alta resistência à chama);
• Retenção da resistência à tração: ≥80% (o APP requer encapsulamento para evitar hidrólise).

Processo chave:

• O APP deve ser microencapsulado (por exemplo, com resina de melamina-formaldeído) para evitar a absorção de umidade e a formação de bolhas;
• Adicione 1-2 phr de sílica fumada hidrofóbica (por exemplo, Aerosil R202) para evitar a sedimentação.

3. Formulação de baixa viscosidade e fácil processamento (para colagem de componentes eletrônicos de precisão, que exigem alta fluidez)

Combinação principal de retardante de chamas:

• Hipofosfito de alumínio (AHP): 5-8 phr (nanopartículas, D50 ≤1 μm);
• Retardante de chama orgânico de fósforo líquido (alternativa ao BDP): 8-10 phr (por exemplo, derivados de DMMP à base de fósforo sem halogênio, mantendo a viscosidade);
• Hidróxido de alumínio (ATH): 15 phr (compósito esférico de alumina, equilibrando a condutividade térmica);
• MCA: 3-5 frações.

Desempenho esperado:

• Faixa de viscosidade: 10.000-15.000 cP (próximo a sistemas retardantes de chama líquidos);
• Resistência à chama: UL94 V-0 (aprimorada com fósforo líquido);
• Condutividade térmica: ≥0,6 W/m·K (contribuída pela alumina esférica).

Processo chave:

• AHP e alumina esférica devem ser misturados e dispersos sob alta tensão de cisalhamento (≥2000 rpm);
• Adicione de 4 a 6 phr de dessecante de peneira molecular à Parte B para evitar a absorção de umidade pelo AHP.

4. Aprofundando os Pontos Técnicos e as Soluções Alternativas

1. Mecanismos sinérgicos:

• AHP + MCA:O AHP promove a desidratação e a carbonização, enquanto o MCA libera gás nitrogênio ao ser aquecido, formando uma camada carbonizada com estrutura semelhante a um favo de mel.
• ATH + Borato de zinco:O ATH absorve calor (1967 J/g), e o borato de zinco forma uma camada de vidro de borato que cobre a superfície.

2. Retardantes de chama alternativos:

• Derivados de polifosfazeno:Altamente eficiente e ecológico, com aproveitamento do HCl como subproduto;
• Resina epóxi-silicone (ESR):Quando combinado com AHP, reduz a carga total (18% para V-0) e melhora as propriedades mecânicas.

3. Controle de Riscos do Processo:

• Sedimentação:Agentes antissedimentação (por exemplo, tipos modificados com poliureia) são necessários se a viscosidade for <10.000 cP;
• Curando a inibição:Evite o uso excessivo de retardantes de chama alcalinos (ex.: MCA) para prevenir interferências nas reações com isocianatos.

5. Recomendações de Implementação

• Priorize os testes da formulação com alta resistência à chama: AHP revestido + ATH submicrônico (tamanho médio de partícula de 0,5 μm) na proporção AHP:ATH:MCA = 10:20:5 para otimização inicial.
• Testes principais:
  → LOI (GB/T 2406.2) e queima vertical UL94;
  → Resistência de adesão após ciclos térmicos (-30℃~100℃, 200 horas);
  → Precipitação de retardante de chama após envelhecimento acelerado (60℃/7 dias).

Tabela de formulação de retardante de chama