Formulação de referência do masterbatch retardante de chama para PVC
Desenvolvimento e otimização de formulações de masterbatch retardantes de chama para PVC, incorporando retardantes de chama existentes e componentes sinérgicos essenciais, visando a classificação de retardância à chama UL94 V0 (ajustável para V2 pela redução da quantidade de aditivos).
I. Recomendação de fórmula base (PVC rígido)
Formulação retardante de chamas para plásticos:
| Componente | Carga (em % em peso) | Descrição da função |
|---|---|---|
| Resina de PVC (tipo SG-5) | 40-50% | Material da matriz, de preferência com baixa absorção de óleo. |
| hipofosfito de alumínio | 12-15% | Fonte ácida para a formação de carvão, suprime a luminescência residual. |
| Borato de zinco | 8-10% | Supressão sinérgica de fumaça, reage com o HCl proveniente da decomposição do PVC. |
| Hidróxido de alumínio com superfície modificada | 10-12% | Resfriamento endotérmico, requer revestimento com agente de acoplamento de silano (a temperatura de decomposição coincide com o processamento do PVC). |
| Trióxido de antimônio (Sb₂O₃) | 3-5% | Sinergista principal, aumenta a resistência à chama através da sinergia Cl-Sb. |
| Molibdato de zinco (supressor de fumaça) | 5-8% | Aditivo recomendado, reduz a densidade da fumaça (fundamental para conformidade com a norma DIN 4102). |
| Dipentaeritritol (DPE) | 2-3% | Auxilia na formação de carvão, melhora o controle do gotejamento do material fundido. |
| Estabilizador térmico (composto de Ca-Zn) | 3-4% | Essencial para evitar a degradação térmica durante o processamento. |
| Plastificante (DOP ou alternativa ecológica) | 0-8% | Ajuste a rigidez (opcional para PVC rígido) |
| Lubrificante (estearato de cálcio) | 1-1,5% | Melhora a processabilidade e evita que os rolos grudem. |
| Auxílio ao processamento (ACR) | 1-2% | Melhora a plastificação e a dispersão do masterbatch. |
II. Princípios-chave de otimização
- Sistema de sinergia retardante de chamas
- Sinergia Cl-Sb: O cloro inerente ao PVC (56%) combinado com 3-5% de Sb₂O₃ forma uma barreira de SbCl₃, possibilitando retardamento de chama de dupla ação nas fases gasosa e condensada.
- Supressão de fumaça: Molibdato de zinco + borato de zinco reduzem a densidade da fumaça em mais de 40% (ASTM E662).
- Aumento da formação de carbono: O hipofosfito de alumínio + DPE gera carbono de éster fosfórico reticulado a 200–250 °C, compensando a deficiência de formação de carbono no estágio inicial do PVC.
- Adaptabilidade de processamento
- Compatibilidade de temperatura: O hipofosfito de alumínio (decomposição ≥250°C) e o Al(OH)₃ com superfície modificada (estável a >200°C) são adequados para o processamento de PVC (160–190°C).
- Garantia de estabilidade: os estabilizadores de cálcio e zinco previnem a degradação da resina causada pela liberação de HCl; o ACR auxilia na plastificação em sistemas com alto teor de carga.
- Equilíbrio de desempenho
- Teor total de retardante de chama: 35–45%, retenção da resistência à tração ≥80% (tipicamente ≥40 MPa para PVC rígido).
- Para obter flexibilidade (PVC flexível), substitua o DOP por 8% de óleo de soja epoxidado (plastificante/retardante de chama duplo).
III. Métricas de teste e validação
Retardante de chamas:
- UL94 V0 (espessura de 1,6 mm)
- Índice Limitante de Oxigênio (LOI) ≥32%
Controle de fumaça:
- Teste em câmara de fumaça do NBS: Densidade óptica específica máximaDs≤150 (modo de chama)
Propriedades mecânicas:
- Resistência à tração ≥35 MPa (rígido), alongamento na ruptura ≥200% (flexível)
Estabilidade térmica:
- A análise DMA confirma que não há queda no módulo a 180°C.
IV. Ajustes de custo e ecológicos
Alternativa de baixo custo:
- Reduzir o molibdato de zinco para 3%, substituir parcialmente o Al(OH)₃ por Mg(OH)₂ (aumentar para 15%).
Solução sem antimônio:
- Remova o Sb₂O₃, use 2% de dietilfosfinato de alumínio + 5% de nano-caulim (eficiência ligeiramente menor; requer 3 mm de espessura para V0).
Prioridade de fumaça:
- Adicionar 1% de negro de fumo revestido com resina de silicone para reduzir ainda mais a densidade da fumaça em 15%.
V. Diretrizes de Processamento
- Sequência de Mixagem:
Resina de PVC → estabilizante + lubrificante → retardantes de chama (de baixa a alta densidade) → plastificante (adicionado por pulverização por último). - Temperaturas de processamento:
Zonas da extrusora de rosca dupla: 160°C (alimentação) → 170°C (fusão) → 180°C (mistura) → 175°C (cabeçote da matriz). - Concentração do Masterbatch:
Recomenda-se uma carga de 50%; diluir na proporção de 1:1 com PVC virgem para moldagem por injeção para uso final.
Esta formulação oferece um equilíbrio entre alta resistência à chama, baixa emissão de fumaça e estabilidade de processamento. Recomenda-se a realização de testes em pequena escala antes do aumento da produção, com ajustes baseados no formato do produto (folhas, cabos, etc.).
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Data da publicação: 08/07/2025
