alguma formulação de referência de borracha de silicone baseada em retardantes de chama livres de halogênio

Apresentamos aqui cinco formulações de borracha de silicone baseadas em retardantes de chama isentos de halogênio, incorporando os retardantes de chama fornecidos pelo cliente (hipofosfito de alumínio, borato de zinco, MCA, hidróxido de alumínio e polifosfato de amônio). Essas formulações visam garantir a resistência à chama, minimizando a quantidade de aditivos para reduzir o impacto nas propriedades mecânicas da borracha de silicone.

1. Sistema retardante de chama sinérgico de fósforo-nitrogênio (tipo de formação de carvão de alta eficiência)

AlvoUL94 V-0, baixa emissão de fumaça, adequado para aplicações em temperaturas médias a altas.

Borracha de baseBorracha de silicone metilvinílica (VMQ, 100 phr)

Retardantes de chama:

• Hipofosfito de alumínio (AHP, à base de fósforo): 15 phr
• Fornece uma fonte eficiente de fósforo, promove a formação de carvão e suprime a combustão na fase gasosa.
• Cianurato de melamina (MCA, à base de nitrogênio): 10 phr
• Atua em sinergia com o fósforo, libera gases inertes e dilui o oxigênio.
• Borato de zinco (ZnB): 5 phr
• Catalisa a formação de carvão, suprime a fumaça e aumenta a estabilidade da camada de carvão.
• Hidróxido de alumínio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Decomposição endotérmica, propriedades auxiliares de retardância à chama e melhor dispersibilidade.

Aditivos:

• Óleo de silicone hidroxilado (2 phr, melhora a processabilidade)
• Sílica fumada (10 phr, reforço)
• Agente de cura (Diperóxido, 0,8 phr)

Características:

• Carga total de retardante de chama de aproximadamente 50 phr, equilibrando a resistência à chama e as propriedades mecânicas.
• A sinergia fósforo-nitrogênio (AHP + MCA) reduz a quantidade necessária de retardantes de chama individuais.

2. Sistema intumescente retardante de chama (tipo de baixa carga)

AlvoUL94 V-1/V-0, adequado para produtos finos

Borracha de base: VMQ (100 phr)

Retardantes de chama:

• Polifosfato de amônio (APP, à base de fósforo e nitrogênio): 12 phr
• Núcleo de formação de carvão intumescente, com boa compatibilidade com borracha de silicone.
• Hipofosfito de alumínio (AHP): 8 phr
• Fonte suplementar de fósforo, reduz a higroscopicidade do APP.
• Borato de zinco (ZnB): 5 phr
• Catálise sinérgica de carvão e supressão de gotejamento.
• Hidróxido de alumínio (moído, 3–20 μm): 15 phr
• Retardante de chama auxiliar de baixo custo, reduz a carga de APP.

Aditivos:

• Óleo de silicone vinílico (3 phr, plastificante)
• Sílica precipitada (15 phr, reforço)
• Sistema de cura de platina (0,1% Pt)

Características:

• Carga total de retardante de chama de aproximadamente 40 phr, eficaz para produtos finos devido ao mecanismo intumescente.
• O APP requer tratamento de superfície (por exemplo, agente de acoplamento de silano) para evitar a migração.

3. Sistema otimizado de hidróxido de alumínio de alta capacidade (tipo econômico)

AlvoUL94 V-0, adequado para produtos ou cabos espessos.

Borracha de base: VMQ (100 phr)

Retardantes de chama:

• Hidróxido de alumínio (ATH, método químico, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Retardante de chama primário, decomposição endotérmica, tamanho de partícula pequeno para melhor dispersão.
• Hipofosfito de alumínio (AHP): 5 phr
• Aumenta a eficiência da formação de carvão, reduzindo a carga de ATH.
• Borato de zinco (ZnB): 3 phr
• Supressão de fumaça e anti-luminescência.

Aditivos:

• Agente de acoplamento de silano (KH-550, 1 phr, melhora a interface ATH)
• Sílica fumada (8 phr, reforço)
• Cura com peróxido (DCP, 1 phr)

Características:

• A carga total de retardante de chama é de aproximadamente 58 phr, mas o ATH predomina em termos de custo-benefício.
• O pequeno tamanho das partículas de ATH minimiza a perda de resistência à tração.

4. Sistema autônomo de hipofosfito de alumínio (AHP)

Aplicativo: UL94 V-1/V-2, ou onde fontes de nitrogênio são indesejáveis ​​(por exemplo, para evitar que a espuma do MCA afete a aparência).

Formulação recomendada:

• Borracha de base: VMQ (100 phr)
• Hipofosfito de alumínio (AHP): 20–30 phr
• Alto teor de fósforo (40%); 20 phr fornecem ~8% de fósforo para retardamento de chama básico.
• Para UL94 V-0, aumentar para 30 phr (pode prejudicar as propriedades mecânicas).
• Carga de reforçoSílica (10–15 phr, mantém a resistência)
• AditivosÓleo de silicone hidroxilado (2 phr, processabilidade) + agente de cura (diperóxido ou sistema de platina).

Características:

• Baseia-se na retardância à chama em fase condensada (formação de carvão), melhorando significativamente o LOI, mas apresentando supressão de fumaça limitada.
• Altas concentrações (>25 phr) podem enrijecer o material; recomenda-se adicionar 3–5 phr de ZnB para melhorar a qualidade do carvão.

5. Mistura de hipofosfito de alumínio (AHP) + MCA

AplicativoUL94 V-0, baixa carga com sinergia retardante de chama em fase gasosa.

Formulação recomendada:

• Borracha de base: VMQ (100 phr)
• Hipofosfito de alumínio (AHP): 12–15 phr
• Fonte de fósforo para a formação de carvão.
• MCA: 8–10 phr
• Fonte de nitrogênio para sinergia PN, libera gases inertes (ex.: NH₃) para suprimir a propagação da chama.
• Carga de reforçoSílica (10 phr)
• AditivosAgente de acoplamento de silano (1 phr, auxiliar de dispersão) + agente de cura.

Características:

• A carga total de retardante de chama é de aproximadamente 20 a 25 phr, significativamente menor do que a do AHP isolado.
• O MCA reduz a necessidade de AHP, mas pode afetar ligeiramente a transparência (use nano-MCA se a clareza for necessária).

Resumo da formulação retardante de chamas

Recomendações experimentais

1. Testes prioritários: AHP + MCA (15+10 phr). Se V-0 for alcançado, reduza gradualmente o AHP (ex.: 12+10 phr).
2. Teste AHP independenteComece com 20 phr, incrementando em 5 phr para avaliar o LOI e o UL94, monitorando as propriedades mecânicas.
3. Supressão de fumaçaAdicione 3 a 5 phr de ZnB a qualquer formulação sem comprometer a resistência à chama.
4. Otimização de custosIncorporar 10 a 15 phr de ATH para reduzir custos, embora a carga total de enchimento aumente.

Processo de mistura recomendado

(Para borracha de silicone de cura por adição de dois componentes)

1. Pré-tratamento da borracha base:

• Coloque a borracha de silicone (por exemplo, borracha 107, óleo de silicone vinílico) em um misturador planetário e, se necessário, retire o gás sob vácuo.

1. Adição de retardante de chamas:

• Retardantes de chama em pó (ex.: ATH, MH):
• Adicione em lotes, pré-misture com a borracha base (mistura em baixa velocidade, 10–15 min) para evitar aglomeração.
• Se higroscópico, secar a uma temperatura entre 80 e 120 °C.
• Retardantes de chama líquidos (ex.: fosfatos):
• Misture diretamente com óleo de silicone, agente de reticulação, etc., sob alta tensão de cisalhamento (20–30 min).

1. Outros aditivos:

• Adicione sequencialmente cargas (por exemplo, sílica), agente de reticulação (hidrossilano), catalisador (platina) e inibidores.

1. Homogeneização:

• A dispersão pode ser ainda mais refinada utilizando um moinho de três rolos ou um emulsificador de alta cisalhamento (fundamental para nanoaditivos como os CNTs).

1. Desgaseificação e Filtração:

• Desgaseificação a vácuo (-0,095 MPa, 30 min), filtração para requisitos de alta pureza.

Considerações importantes

• Seleção de retardante de chamas:
• Os retardantes de chama livres de halogênio (por exemplo, ATH) requerem partículas de tamanho fino (1–5 μm); o excesso de carga prejudica as propriedades mecânicas.
• Os retardantes à base de silicone (por exemplo, resinas de fenil silicone) oferecem melhor compatibilidade, mas a um custo mais elevado.
• Controle de Processos:
• Temperatura ≤ 60°C (previne o envenenamento do catalisador de platina ou a cura prematura).
• Umidade ≤ 50% UR (evita reações entre o óleo de silicone hidroxilado e os retardantes de chama).

Conclusão

• Produção em massaPré-misturar retardantes de chama com borracha base para maior eficiência.
• Requisitos de alta estabilidadeMisture durante o preparo para minimizar os riscos de armazenamento.
• Sistemas Nano-Retardantes de ChamaDispersão de alta taxa de cisalhamento obrigatória para evitar aglomeração.

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