Formulations ignifuges en poudre adhésive polyuréthane AB

Formulations ignifuges en poudre adhésive polyuréthane AB
Compte tenu de la demande en formulations ignifuges sans halogène pour les adhésifs polyuréthanes AB, et en tenant compte des caractéristiques et des effets synergiques d'ignifugeants tels que l'hypophosphite d'aluminium (AHP), l'hydroxyde d'aluminium (ATH), le borate de zinc et le cyanurate de mélamine (MCA), trois schémas de formulation ont été conçus. Ces formulations, sans chlore, visent à optimiser l'efficacité ignifuge, la compatibilité des performances physiques et la faisabilité du procédé.

1. Formulation à haute résistance au feu (pour l'enrobage électronique, l'encapsulation de batteries, cible UL94 V-0)

Combinaison ignifuge de base :

• Hypophosphite d'aluminium (AHP) : 8 à 12 phr (type en phase aqueuse avec revêtement polyuréthane recommandé pour résoudre les problèmes de précipitation)
• Hydroxyde d'aluminium (ATH) : 20-25 phr (qualité submicronique, 0,2-1,0 μm, pour améliorer l'indice d'oxygène et la compacité du charbon)
• MCA : 5-8 phr (mécanisme en phase gazeuse, synergique avec l’AHP en phase condensée)
• Borate de zinc : 3 à 5 phr (favorise la formation de carbone céramique et inhibe la combustion lente)

Performances attendues :

• Indice d'oxygène (LOI) : ≥32 % (PU pur ≈22 %) ;
• Classement UL94 : V-0 (épaisseur de 1,6 mm) ;
• Conductivité thermique : 0,45-0,55 W/m·K (due à l'ATH et au borate de zinc) ;
• Contrôle de la viscosité : 25 000 à 30 000 cP (traitement de surface nécessaire pour éviter la sédimentation).

Processus clé :

• L'AHP doit être pré-dispersé dans le composant polyol (Partie A) pour éviter une réaction prématurée avec l'isocyanate (Partie B) ;
• L'ATH doit être modifié avec un agent de couplage silane (par exemple, KH-550) pour améliorer la liaison interfaciale.

2. Formulation générale à faible coût (Pour l'étanchéité des constructions, le collage de meubles, cible UL94 V-1)

Combinaison ignifuge de base :

• Hydroxyde d'aluminium (ATH) : 30-40 phr (retardateur de flamme de type charge, de qualité micron standard et économique) ;
• Polyphosphate d'ammonium (APP) : 10-15 phr (combiné avec du MCA pour un système intumescent, remplaçant les agents halogénés) ;
• MCA : 5-7 phr (rapport à APP 1:2~1:3, favorise la formation de mousse et l'isolation de l'oxygène) ;
• Borate de zinc : 5 phr (suppression de la fumée, formation de charbon auxiliaire).

Performances attendues :

• LOI : ≥28 % ;
• Classement UL94 : V-1 ;
• Réduction des coûts : ~30 % (par rapport à une formulation à haute résistance au feu) ;
• Rétention de la résistance à la traction : ≥80 % (l'APP nécessite une encapsulation pour éviter l'hydrolyse).

Processus clé :

• L'APP doit être microencapsulée (par exemple, avec de la résine mélamine-formaldéhyde) pour éviter l'absorption d'humidité et la formation de bulles ;
• Ajouter 1 à 2 phr de silice fumée hydrophobe (par exemple, Aerosil R202) pour éviter la sédimentation.

3. Formulation à faible viscosité et facile à mettre en œuvre (Pour le collage électronique de précision, nécessitant une grande fluidité)

Combinaison ignifuge de base :

• Hypophosphite d'aluminium (AHP) : 5-8 phr (nano, D50 ≤1 μm) ;
• Retardateur de flamme organique phosphoré liquide (alternative au BDP) : 8 à 10 phr (par exemple, dérivés DMMP à base de phosphore sans halogène, maintenant la viscosité) ;
• Hydroxyde d'aluminium (ATH) : 15 phr (composite d'alumine sphérique, équilibrant la conductivité thermique) ;
• MCA : 3-5 phr.

Performances attendues :

• Plage de viscosité : 10 000 à 15 000 cP (proche des systèmes ignifuges liquides) ;
• Ignifugation : UL94 V-0 (améliorée par le phosphore liquide) ;
• Conductivité thermique : ≥0,6 W/m·K (due à l'alumine sphérique).

Processus clé :

• L'AHP et l'alumine sphérique doivent être mélangés et dispersés sous un cisaillement élevé (≥2000 tr/min) ;
• Ajouter 4 à 6 phr de dessiccant à tamis moléculaire à la partie B pour empêcher l'absorption d'humidité de l'AHP.

4. Complexification des points techniques et solutions alternatives

1. Mécanismes synergiques :

• AHP + MCA :L'AHP favorise la déshydratation et la carbonisation, tandis que le MCA libère de l'azote gazeux lors du chauffage, formant une couche de charbon en forme de nid d'abeille.
• ATH + borate de zinc :L'ATH absorbe la chaleur (1967 J/g) et le borate de zinc forme une couche de verre borate pour recouvrir la surface.

2. Retardateurs de flamme alternatifs :

• Dérivés du polyphosphazène :Haute efficacité et respect de l'environnement, avec utilisation du HCl sous-produit ;
• Résine époxy silicone (ESR) :Lorsqu'il est combiné avec l'AHP, il réduit la charge totale (18 % pour V-0) et améliore les propriétés mécaniques.

3. Contrôle des risques liés aux processus :

• Sédimentation :Des agents anti-décantation (par exemple, des types modifiés à la polyurée) sont nécessaires si la viscosité < 10 000 cP ;
• Inhibition de la guérison :Évitez les retardateurs de flamme alcalins en excès (par exemple, le MCA) pour éviter toute interférence avec les réactions des isocyanates.

5. Recommandations de mise en œuvre

• Prioriser les tests de la formulation à haute résistance au feu : AHP enrobé + ATH submicronique (taille moyenne des particules 0,5 μm) à AHP:ATH:MCA = 10:20:5 pour l'optimisation initiale.
• Tests clés :
  → LOI (GB/T 2406.2) et combustion verticale UL94 ;
  → Résistance de la liaison après cyclage thermique (-30℃~100℃, 200 heures) ;
  → Précipitation du retardateur de flamme après vieillissement accéléré (60℃/7j).

Tableau de formulation ignifuge