Formulazione ritardante di fiamma di riferimento per adesivo acrilico termoindurente
Per soddisfare i requisiti di ignifugazione UL94 V0 per gli adesivi acrilici termoindurenti, tenendo conto delle caratteristiche dei ritardanti di fiamma esistenti e delle specificità dei sistemi termoindurenti, vengono proposte la seguente formulazione ottimizzata e analisi chiave:
I. Principi di progettazione della formulazione e requisiti del sistema termoindurente
- Deve corrispondere alla temperatura di polimerizzazione (tipicamente 120–180°C)
- I ritardanti di fiamma devono resistere alla lavorazione ad alta temperatura (evitare guasti dovuti alla decomposizione)
- Garantire la stabilità della dispersione in sistemi ad alta densità di reticolazione
- Bilanciare la resistenza meccanica post-polimerizzazione e l'efficienza ignifuga
II. Progettazione sinergica del sistema ignifugo
Funzioni ignifughe e compatibilità termoindurente
| ritardante di fiamma | Ruolo primario | Compatibilità termoindurente | Caricamento consigliato |
|---|---|---|---|
| ATH ultrafine | FR principale: Disidratazione endotermica, diluizione in fase gassosa | Richiede modifica della superficie (anti-agglomerazione) | ≤35% (un carico eccessivo riduce la reticolazione) |
| Ipofosfito di alluminio | Sinergico: catalizzatore di carbone, scavenger di radicali (PO·) | Temp. di decomposizione >300°C, adatto alla polimerizzazione | 8–12% |
| borato di zinco | Esaltatore di carbonizzazione: forma una barriera vetrosa, riduce il fumo | Agisce in sinergia con ATH (carbone Al-BO) | 5–8% |
| MCA (cianurato di melammina) | FR in fase gassosa: rilascia NH₃, inibisce la combustione | Temp. di decomposizione 250–300°C (temp. di polimerizzazione <250°C) | 3–5% |
III. Formulazione consigliata (% in peso)
Linee guida per l'elaborazione dei componenti
| Componente | Rapporto | Note sull'elaborazione delle chiavi |
|---|---|---|
| Resina acrilica termoindurente | 45–50% | Tipo a bassa viscosità (ad esempio, acrilato epossidico) per un elevato carico di riempitivo |
| ATH modificato in superficie (D50 <5µm) | 25–30% | Pretrattato con silano KH-550 |
| Ipofosfito di alluminio | 10–12% | Premiscelato con ATH, aggiunto in lotti |
| borato di zinco | 6–8% | Aggiunto con MCA; evita la degradazione ad alto taglio |
| MCA | 4–5% | Miscelazione a bassa velocità in fase avanzata (<250°C) |
| Disperdente (BYK-2152 + cera PE) | 1,5–2% | Assicura una dispersione uniforme del riempitivo |
| Agente di accoppiamento (KH-550) | 1% | Pretrattato con ATH/ipofosfito |
| Agente di polimerizzazione (BPO) | 1–2% | Attivatore a bassa temperatura per una rapida polimerizzazione |
| Agente anti-sedimentazione (Aerosil R202) | 0,5% | Antisedimentazione tissotropica |
IV. Controlli critici di processo
1. Processo di dispersione
- Pretrattamento: ATH e ipofosfito immersi in una soluzione al 5% di KH-550/etanolo (2 ore, essiccazione a 80°C)
- Sequenza di miscelazione:
- Resina + disperdente → Miscelazione a bassa velocità → Aggiungere ATH/ipofosfito modificato → Dispersione ad alta velocità (2500 giri/min, 20 min) → Aggiungere borato di zinco/MCA → Miscelazione a bassa velocità (evitare la degradazione dell'MCA)
- Attrezzatura: Miscelatore planetario (degasaggio sotto vuoto) o mulino a tre rulli (per polveri ultrafini)
2. Ottimizzazione della polimerizzazione
- Polimerizzazione graduale: 80°C/1h (pre-gel) → 140°C/2h (post-polimerizzazione, evitare la decomposizione dell'MCA)
- Controllo della pressione: 0,5–1 MPa per evitare il deposito del riempitivo
3. Meccanismi sinergici
- ATH + Ipofosfito: forma carbone rinforzato con AlPO₄ mentre elimina i radicali (PO·)
- Borato di zinco + MCA: doppia barriera gas-solido (diluizione di NH₃ + strato vetroso fuso)
V. Strategie di ottimizzazione delle prestazioni
Problemi comuni e soluzioni
| Problema | Causa ultima | Soluzione |
|---|---|---|
| Accensione gocciolante | Bassa viscosità di fusione | Aumentare MCA al 5% + ipofosfito al 12%, oppure aggiungere 0,5% di micropolvere di PTFE |
| Fragilità post-polimerizzazione | Carico eccessivo di ATH | Ridurre l'ATH al 25% + 5% nano-CaCO₃ (indurimento) |
| Sedimentazione di stoccaggio | Scarsa tissotropia | Aumentare la silice allo 0,8% o passare a BYK-410 |
| LOI <28% | FR in fase gassosa insufficiente | Aggiungere il 2% di fosforo rosso rivestito o l'1% di nano-BN |
VI. Metriche di convalida
- UL94 V0: campioni da 3,2 mm, tempo di fiamma totale <50 s (nessuna accensione del cotone)
- LOI ≥30% (margine di sicurezza)
- Residuo TGA >25% (800°C, N₂)
- Equilibrio meccanico: Resistenza alla trazione >8 MPa, resistenza al taglio >6 MPa
Punti chiave
- Raggiunge la classificazione V0 mantenendo l'integrità meccanica.
- Si consigliano prove su piccola scala (50 g) prima della spremitura.
- Per prestazioni più elevate: è possibile aggiungere il 2–3% di derivati del DOPO (ad esempio, fosfafenantrene).
Questa formulazione garantisce la conformità ai rigorosi standard ignifughi, ottimizzando al contempo la lavorabilità e le prestazioni finali.
Data di pubblicazione: 01-07-2025
