Formulação de referência retardante de chama para adesivo acrílico termofixo
Para atender aos requisitos de retardamento de chama UL94 V0 para adesivos acrílicos termofixos, considerando as características dos retardantes de chama existentes e as especificidades dos sistemas termofixos, propõe-se a seguinte formulação otimizada e análise chave:
I. Princípios de Formulação e Requisitos do Sistema Termofixo
- Deve corresponder à temperatura de cura (normalmente entre 120 e 180 °C).
- Os retardantes de chama devem suportar processamento em altas temperaturas (evitar falhas de decomposição).
- Garantir a estabilidade da dispersão em sistemas com alta densidade de ligações cruzadas.
- Equilibrar a resistência mecânica pós-cura e a eficiência de retardância à chama.
II. Projeto de Sistema Sinérgico de Retardante de Chamas
Funções retardantes de chama e compatibilidade com termofixos
| Retardante de chamas | Função principal | Compatibilidade com termofixos | Carregamento recomendado |
|---|---|---|---|
| ATH ultrafino | Principal FR: Desidratação endotérmica, diluição em fase gasosa | Requer modificação da superfície (antiaglomerante) | ≤35% (carga excessiva reduz a reticulação) |
| hipofosfito de alumínio | Sinergista: Catalisador de carvão, eliminador de radicais (PO·) | Temperatura de decomposição >300°C, adequada para cura. | 8–12% |
| Borato de zinco | Intensificador de carbonização: Forma uma barreira vítrea, reduz a fumaça. | Sinergiza com ATH (carvão Al-BO) | 5–8% |
| MCA (cianurato de melamina) | Retardante de chama em fase gasosa: Libera NH₃, inibe a combustão. | Temperatura de decomposição: 250–300°C (temperatura de cura: <250°C) | 3–5% |
III. Formulação Recomendada (em % de Peso)
Diretrizes de Processamento de Componentes
| Componente | Razão | Notas importantes sobre o processamento |
|---|---|---|
| Resina acrílica termofixa | 45–50% | Tipo de baixa viscosidade (ex.: epóxi acrilato) para alta carga de enchimento |
| ATH com superfície modificada (D50 <5µm) | 25–30% | Pré-tratado com silano KH-550 |
| hipofosfito de alumínio | 10–12% | Pré-misturado com ATH, adicionado em lotes. |
| Borato de zinco | 6–8% | Adicionado com MCA; evita degradação por cisalhamento elevado. |
| MCA | 4–5% | Mistura lenta em estágio final (<250°C) |
| Dispersante (BYK-2152 + cera PE) | 1,5–2% | Garante a dispersão uniforme do material de enchimento. |
| Agente de acoplamento (KH-550) | 1% | Pré-tratado com ATH/hipofosfito |
| Agente de cura (BPO) | 1–2% | Ativador de baixa temperatura para cura rápida |
| Agente antissedimentação (Aerosil R202) | 0,5% | antissedimentação tixotrópica |
IV. Controles de Processo Críticos
1. Processo de dispersão
- Pré-tratamento: ATH e hipofosfito imersos em solução de 5% de KH-550/etanol (2h, secagem a 80°C)
- Sequência de mistura:
- Resina + dispersante → Mistura em baixa velocidade → Adição de ATH modificado/hipofosfito → Dispersão em alta velocidade (2500 rpm, 20 min) → Adição de borato de zinco/MCA → Mistura em baixa velocidade (evitar a degradação do MCA)
- Equipamento: Misturador planetário (desgaseificação a vácuo) ou moinho de três rolos (para pós ultrafinos)
2. Otimização da cura
- Cura em etapas: 80°C/1h (pré-gel) → 140°C/2h (pós-cura, evitar a decomposição do MCA)
- Controle de pressão: 0,5–1 MPa para evitar a sedimentação do material de enchimento.
3. Mecanismos sinérgicos
- ATH + Hipofosfito: Forma carvão reforçado com AlPO₄ enquanto elimina radicais (PO·)
- Borato de zinco + MCA: Barreira dupla gás-sólido (diluição de NH₃ + camada vítrea fundida)
V. Estratégias de Otimização de Desempenho
Problemas comuns e soluções
| Emitir | Causa raiz | Solução |
|---|---|---|
| Ignição por gotejamento | Baixa viscosidade de fusão | Aumente o MCA para 5% + hipofosfito para 12%, ou adicione 0,5% de micropó de PTFE. |
| Fragilidade pós-cura | Sobrecarga excessiva de ATH | Reduzir ATH para 25% + 5% nano-CaCO₃ (endurecimento) |
| Sedimentação de armazenamento | Tixotropia deficiente | Aumente a sílica para 0,8% ou mude para BYK-410. |
| LOI <28% | FR insuficiente na fase gasosa | Adicione 2% de fósforo vermelho revestido ou 1% de nano-BN. |
VI. Métricas de Validação
- UL94 V0: amostras de 3,2 mm, tempo total de chama <50 s (sem ignição do algodão)
- LOI ≥30% (margem de segurança)
- Resíduo de TGA >25% (800°C, N₂)
- Equilíbrio mecânico: Resistência à tração >8 MPa, resistência ao cisalhamento >6 MPa
Principais conclusões
- Obtém a classificação V0, mantendo a integridade mecânica.
- Recomenda-se a realização de testes em pequena escala (50g) antes do aumento da produção.
- Para um desempenho superior: podem ser adicionados 2–3% de derivados de DOPO (por exemplo, fosfafenantreno).
Essa formulação garante a conformidade com os rigorosos padrões de retardamento de chama, otimizando ao mesmo tempo a processabilidade e o desempenho no uso final.
Data da publicação: 01/07/2025
