alcune formulazioni di riferimento in gomma siliconica basate su ritardanti di fiamma privi di alogeni

Ecco cinque formulazioni di gomma siliconica basate su ritardanti di fiamma privi di alogeni, che incorporano i ritardanti di fiamma forniti dal cliente (ipofosfito di alluminio, borato di zinco, MCA, idrossido di alluminio e polifosfato di ammonio). Queste formulazioni mirano a garantire la ritardanza di fiamma riducendo al minimo le quantità di additivi per ridurre l'impatto sulle proprietà meccaniche della gomma siliconica.

1. Sistema ritardante di fiamma sinergico fosforo-azoto (tipo ad alta efficienza di formazione di carbone)

Bersaglio: UL94 V-0, bassa emissione di fumi, adatto per applicazioni a temperature medio-alte

Base in gomma: Gomma siliconica metilvinilica (VMQ, 100 phr)

Ritardanti di fiamma:

• Ipofosfito di alluminio (AHP, a base di fosforo): 15 phr
• Fornisce una fonte efficiente di fosforo, favorisce la formazione di carbone e sopprime la combustione in fase gassosa.
• Cianurato di melammina (MCA, a base di azoto): 10 phr
• Agisce in sinergia con il fosforo, rilascia gas inerti e diluisce l'ossigeno.
• borato di zinco (ZnB): 5 ore
• Catalizza la formazione di carbone, sopprime il fumo e migliora la stabilità dello strato di carbone.
• Idrossido di alluminio (ATH, metodo chimico, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Decomposizione endotermica, ritardante di fiamma ausiliario e migliore disperdibilità.

Additivi:

• Olio siliconico idrossilico (2 phr, migliora la lavorabilità)
• Silice pirogenica (10 phr, rinforzo)
• Agente di polimerizzazione (diperossido, 0,8 phr)

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma ~50 phr, bilanciamento tra ritardante di fiamma e proprietà meccaniche.
• La sinergia fosforo-azoto (AHP + MCA) riduce la quantità necessaria di singoli ritardanti di fiamma.

2. Sistema ritardante di fiamma intumescente (tipo a basso carico)

Bersaglio: UL94 V-1/V-0, adatto per prodotti sottili

Base in gomma: VMQ (100 phr)

Ritardanti di fiamma:

• Polifosfato di ammonio (APP, a base di fosforo e azoto): 12 ore
• Nucleo di formazione di carbone intumescente, con buona compatibilità con la gomma siliconica.
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 8 ore
• Fonte supplementare di fosforo, riduce l'igroscopicità dell'APP.
• borato di zinco (ZnB): 5 ore
• Catalisi sinergica del carbone e soppressione del gocciolamento.
• Idrossido di alluminio (macinato, 3–20 μm): 15 phr
• Ritardante di fiamma ausiliario a basso costo, riduce il carico di APP.

Additivi:

• Olio vinilico siliconico (3 phr, plastificazione)
• Silice precipitata (15 phr, rinforzo)
• Sistema di polimerizzazione al platino (0,1% Pt)

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma ~40 phr, efficace per prodotti sottili grazie al meccanismo intumescente.
• L'APP richiede un trattamento superficiale (ad esempio, agente accoppiante silanico) per impedire la migrazione.

3. Sistema ottimizzato con idrossido di alluminio ad alto carico (tipo conveniente)

Bersaglio: UL94 V-0, adatto per prodotti o cavi spessi

Base in gomma: VMQ (100 phr)

Ritardanti di fiamma:

• Idrossido di alluminio (ATH, metodo chimico, 1,6–2,3 μm): 50 phr
• Ritardante di fiamma primario, decomposizione endotermica, piccole dimensioni delle particelle per una migliore dispersione.
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 5 ore
• Migliora l'efficienza della formazione di carbone, riduce il carico di ATH.
• borato di zinco (ZnB): 3 ore
• Soppressione del fumo e anti-incandescenza.

Additivi:

• Agente di accoppiamento silanico (KH-550, 1 phr, migliora l'interfaccia ATH)
• Silice pirogenica (8 phr, rinforzo)
• Polimerizzazione al perossido (DCP, 1 phr)

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma ~58 phr, ma l'ATH prevale per quanto riguarda l'efficienza dei costi.
• Le piccole dimensioni delle particelle di ATH riducono al minimo la perdita di resistenza alla trazione.

4. Sistema autonomo di ipofosfito di alluminio (AHP)

Applicazione: UL94 V-1/V-2, o quando le fonti di azoto non sono desiderabili (ad esempio, evitando che la formazione di schiuma MCA influisca sull'aspetto).

Formulazione consigliata:

• Base in gomma: VMQ (100 phr)
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 20–30 ore
• Elevato contenuto di fosforo (40%); 20 phr forniscono circa l'8% di fosforo per un'azione ignifuga di base.
• Per UL94 V-0, aumentare a 30 phr (potrebbe compromettere le proprietà meccaniche).
• Riempitivo rinforzante: Silice (10–15 phr, mantiene la resistenza)
• Additivi: Olio di silicone idrossilico (2 phr, lavorabilità) + agente indurente (sistema diperossido o platino).

Caratteristiche:

• Si basa sulla resistenza alla fiamma in fase condensata (formazione di carbonizzazione), migliora significativamente la LOI ma ha una soppressione del fumo limitata.
• Un carico elevato (>25 phr) può irrigidire il materiale; si consiglia di aggiungere 3–5 phr di ZnB per migliorare la qualità del carbone.

5. Miscela di ipofosfito di alluminio (AHP) + MCA

Applicazione: UL94 V-0, basso carico con sinergia ritardante di fiamma in fase gassosa.

Formulazione consigliata:

• Base in gomma: VMQ (100 phr)
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 12–15 ore
• Fonte di fosforo per la formazione di carbone.
• MCA: 8–10 ore
• Fonte di azoto per la sinergia PN, rilascia gas inerti (ad esempio, NH₃) per sopprimere la propagazione della fiamma.
• Riempitivo rinforzante: Silice (10 phr)
• Additivi: Agente di accoppiamento silanico (1 phr, coadiuvante di dispersione) + agente di indurimento.

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma ~20–25 phr, significativamente inferiore rispetto all'AHP autonomo.
• L'MCA riduce il fabbisogno di AHP ma può influire leggermente sulla trasparenza (utilizzare il nano-MCA se è necessaria chiarezza).

Riepilogo della formulazione del ritardante di fiamma

Raccomandazioni sperimentali

1. Test prioritari: AHP + MCA (15+10 phr). Se si raggiunge V-0, ridurre gradualmente l'AHP (ad esempio, 12+10 phr).
2. Test AHP autonomo: Iniziare con 20 phr, incrementare di 5 phr per valutare LOI e UL94, monitorando le proprietà meccaniche.
3. Soppressione del fumo: Aggiungere 3–5 phr di ZnB a qualsiasi formulazione senza compromettere la resistenza alla fiamma.
4. Ottimizzazione dei costi: Incorporare 10–15 phr di ATH per ridurre i costi, anche se aumenta il carico totale di riempitivo.

Processo di miscelazione consigliato

(Per gomma siliconica bicomponente per addizione)

1. Pretrattamento della gomma di base:

• Caricare la gomma siliconica (ad esempio, gomma 107, olio vinilico siliconico) in un miscelatore planetario e, se necessario, degassare sotto vuoto.

1. Aggiunta di ritardante di fiamma:

• Ritardanti di fiamma in polvere (ad esempio, ATH, MH):
• Aggiungere in lotti, premiscelare con la gomma base (mescolando a bassa velocità, 10–15 min) per evitare l'agglomerazione.
• Se igroscopico, asciugare a 80–120°C.
• Ritardanti di fiamma liquidi (ad esempio, fosfati):
• Miscelare direttamente con olio di silicone, reticolante, ecc., sottoponendo il tutto ad elevato taglio (20–30 min).

1. Altri additivi:

• Aggiungere in sequenza riempitivi (ad esempio silice), agente reticolante (idrosilano), catalizzatore (platino) e inibitori.

1. Omogeneizzazione:

• Perfezionare ulteriormente la dispersione utilizzando un mulino a tre cilindri o un emulsionante ad alto taglio (essenziale per nanoadditivi come i CNT).

1. Degasaggio e filtrazione:

• Degasaggio sotto vuoto (-0,095 MPa, 30 min), filtro per requisiti di elevata purezza.

Considerazioni chiave

• Selezione ritardante di fiamma:
• I ritardanti privi di alogeni (ad esempio, ATH) richiedono particelle di dimensioni fini (1–5 μm); un carico eccessivo danneggia le proprietà meccaniche.
• I ritardanti a base di silicone (ad esempio, resine fenoliche siliconiche) offrono una migliore compatibilità, ma hanno un costo più elevato.
• Controllo di processo:
• Temperatura ≤ 60°C (previene l'avvelenamento del catalizzatore al platino o la polimerizzazione prematura).
• Umidità ≤ 50% RH (evita reazioni tra olio siliconico idrossilico e ritardanti di fiamma).

Conclusione

• Produzione di massa: Premiscelare i ritardanti di fiamma con la gomma di base per una maggiore efficienza.
• Requisiti di elevata stabilità: Mescolare durante la preparazione per ridurre al minimo i rischi di stoccaggio.
• Sistemi nano-ignifughi: Dispersione obbligatoria ad alto taglio per prevenire l'agglomerazione.

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