alcune formulazioni di riferimento di gomma siliconica a base di ritardanti di fiamma senza 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 resistenza alla fiamma riducendo al minimo la quantità di additivi, in modo da limitare l'impatto sulle proprietà meccaniche della gomma siliconica.

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

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

Gomma di baseGomma siliconica metilvinilica (VMQ, 100 phr)

Ritardanti di fiamma:

• Ipofosfito di alluminio (AHP, a base di fosforo): 15 phr
• Fornisce un'efficiente fonte di fosforo, favorisce la formazione di carbone e sopprime la combustione in fase gassosa.
• melammina cianurato (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 phr
• Catalizza la formazione di residui carboniosi, sopprime il fumo e migliora la stabilità dello strato carbonioso.
• Idrossido di alluminio (ATH, metodo chimico, 1,6–2,3 μm): 20 phr
• Decomposizione endotermica, ritardante di fiamma ausiliario e migliore disperdibilità.

additivi:

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

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma pari a circa 50 phr, in equilibrio tra resistenza alla fiamma e proprietà meccaniche.
• La sinergia fosforo-azoto (AHP + MCA) riduce la quantità necessaria di singoli ritardanti di fiamma.

2. Sistema intumescente ignifugo (tipo a basso carico)

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

Gomma di base: VMQ (100 phr)

Ritardanti di fiamma:

• Polifosfato di ammonio (APP, a base di fosforo e azoto): 12 phr
• Nucleo di formazione di carbonio intumescente, con buona compatibilità con la gomma siliconica.
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 8 phr
• Fonte supplementare di fosforo, riduce l'igroscopicità dell'APP.
• Borato di zinco (ZnB): 5 phr
• 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 vinilsilico (3 phr, plastificante)
• Silice precipitata (15 phr, rinforzo)
• Sistema di indurimento 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, un agente di accoppiamento silanico) per prevenire la migrazione.

3. Sistema ottimizzato ad alto carico di idrossido di alluminio (tipo economicamente vantaggioso)

Bersaglio: UL94 V-0, adatto per prodotti o cavi di grosso spessore

Gomma di base: 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, granulometria ridotta per una migliore dispersione.
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 5 phr
• Migliora l'efficienza della formazione del carbone, riduce il carico di ATH.
• Borato di zinco (ZnB): 3 phr
• Soppressione del fumo e anti-luminescenza.

additivi:

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

Caratteristiche:

• Il carico totale di ritardante di fiamma è di circa 58 phr, ma ATH risulta più conveniente in termini di rapporto costi-benefici.
• Le dimensioni ridotte delle particelle di ATH minimizzano la perdita di resistenza alla trazione.

4. Sistema autonomo di ipofosfito di alluminio (AHP)

Applicazione: UL94 V-1/V-2, o laddove le fonti di azoto siano indesiderabili (ad esempio, per evitare la formazione di schiuma MCA che influisce sull'aspetto).

Formulazione consigliata:

• Gomma di base: VMQ (100 phr)
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 20–30 phr
• Alto contenuto di fosforo (40%); 20 phr forniscono circa l'8% di fosforo per la resistenza alla fiamma di base.
• Per UL94 V-0, aumentare a 30 phr (potrebbe compromettere le proprietà meccaniche).
• Riempitivo di rinforzo: Silice (10–15 phr, mantiene la resistenza)
• additivi: Olio di silicone idrossilato (2 phr, lavorabilità) + agente indurente (sistema diperossido o platino).

Caratteristiche:

• Si basa sulla resistenza alla fiamma in fase condensata (formazione di carbone), migliora significativamente l'indice di ossigeno limite (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 carbon coke.

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

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

Formulazione consigliata:

• Gomma di base: VMQ (100 phr)
• Ipofosfito di alluminio (AHP): 12–15 ore
• Fonte di fosforo per la formazione del carbone.
• MCA: 8–10 phr
• Fonte di azoto per la sinergia PN, rilascia gas inerti (ad es. NH₃) per sopprimere la propagazione della fiamma.
• Riempitivo di rinforzo: Silice (10 phr)
• additivi: Agente di accoppiamento silanico (1 phr, coadiuvante di dispersione) + agente indurente.

Caratteristiche:

• Carico totale di ritardante di fiamma ~20–25 phr, significativamente inferiore rispetto all'AHP autonomo.
• MCA riduce i requisiti AHP ma potrebbe influire leggermente sulla trasparenza (utilizzare nano-MCA se è necessaria la massima trasparenza).

Riepilogo della formulazione ignifuga

Raccomandazioni sperimentali

1. Test prioritari: AHP + MCA (15+10 phr). Se si raggiunge V-0, ridurre gradualmente 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 fumoAggiungere 3–5 phr di ZnB a qualsiasi formulazione senza compromettere la resistenza alla fiamma.
4. Ottimizzazione dei costiIncorporare 10-15 phr di ATH per ridurre i costi, sebbene aumenti il ​​carico totale di riempitivo.

Procedura di miscelazione consigliata

(Per gomma siliconica bicomponente a polimerizzazione per addizione)

1. Pretrattamento della gomma di base:

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

1. Additivo ritardante di fiamma:

• Ritardanti di fiamma in polvere (ad es. ATH, MH):
• Aggiungere gradualmente, premiscelando con la gomma base (miscelazione a bassa velocità, 10-15 min) per evitare l'agglomerazione.
• Se igroscopico, asciugare a 80–120 °C.
• Ritardanti di fiamma liquidi (ad es. fosfati):
• Mescolare direttamente con olio di silicone, agente reticolante, ecc., ad alta velocità di taglio (20-30 min).

1. Altri additivi:

• Aggiungere in sequenza i riempitivi (ad esempio, silice), l'agente reticolante (idrosilano), il catalizzatore (platino) e gli inibitori.

1. Omogeneizzazione:

• Per affinare ulteriormente la dispersione, utilizzare un mulino a tre rulli o un emulsionatore ad alto taglio (fondamentale per i nanoadditivi come i CNT).

1. Degassamento e filtrazione:

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

Considerazioni chiave

• Selezione ignifuga:
• I ritardanti di fiamma privi di alogeni (ad esempio, ATH) richiedono una granulometria fine (1–5 μm); un carico eccessivo compromette le proprietà meccaniche.
• I ritardanti a base di silicone (ad esempio, resine fenilsiliconiche) offrono una migliore compatibilità ma a un costo più elevato.
• Controllo dei casi:
• Temperatura ≤ 60 °C (per evitare l'avvelenamento del catalizzatore al platino o la polimerizzazione prematura).
• Umidità ≤ 50% UR (per evitare reazioni tra l'olio di silicone idrossilato e i ritardanti di fiamma).

Conclusione

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

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