PBT-halogenfreie Flammschutzmittelformulierung

PBT-halogenfreie Flammschutzmittelformulierung

Für die Entwicklung eines halogenfreien Flammschutzmittelsystems für PBT ist es unerlässlich, ein Gleichgewicht zwischen Flammschutzwirkungsgrad, thermischer Stabilität, Verträglichkeit mit Verarbeitungstemperaturen und mechanischen Eigenschaften zu finden.

I. Kernflammhemmende Kombinationen

1. Aluminiumhypophosphit + MCA (Melamincyanurat) + Zinkborat

Mechanismus:

• Aluminiumhypophosphit (Thermische Stabilität > 300°C): Fördert die Bildung von Koks in der kondensierten Phase und setzt PO·-Radikale in der Gasphase frei, um Verbrennungskettenreaktionen zu unterbrechen.
• MCA (Zersetzungstemperatur ~300°C): Endotherme Zersetzung setzt Edelgase (NH₃, H₂O) frei, verdünnt brennbare Gase und unterdrückt das Abtropfen der Schmelze.
• Zinkborat (Zersetzungstemperatur > 300°C): Fördert die Bildung von glasartigem Kohlenstoff und reduziert Rauch und Nachglühen.

Empfohlenes Verhältnis:
Aluminiumhypophosphit (10-15%) + MCA (5-8%) + Zinkborat (3-5%).

2. Oberflächenmodifiziertes Magnesiumhydroxid + Aluminiumhypophosphit + organisches Phosphinat (z. B. ADP)

Mechanismus:

• Modifiziertes Magnesiumhydroxid (Zersetzungstemperatur ~300°C): Die Oberflächenbehandlung (Silan/Titanat) verbessert die Dispersion und die thermische Stabilität und absorbiert gleichzeitig Wärme, um die Materialtemperatur zu senken.
• Organisches Phosphinat (z. B. ADP, thermische Stabilität > 300 °C): Hochwirksames Flammschutzmittel in der Gasphase, das synergistisch mit Phosphor-Stickstoff-Systemen wirkt.

Empfohlenes Verhältnis:
Magnesiumhydroxid (15-20%) + Aluminiumhypophosphit (8-12%) + ADP (5-8%).

II. Optionale Synergisten

• Nano-Ton/Talkum (2-3%): Verbessert die Kohlequalität und die mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Reduzierung der FR-Dosierung.
• PTFE (Polytetrafluorethylen, 0,2-0,5%): Antitropfmittel zur Verhinderung brennender Tropfen.
• Silikonpulver (2-4%): Fördert die Bildung dichter Kohleschichten, verbessert die Flammschutzwirkung und den Oberflächenglanz.

III. Zu vermeidende Kombinationen

• Aluminiumhydroxid: Zersetzt sich bei 180-200°C (unterhalb der PBT-Verarbeitungstemperatur von 220-250°C), was zu vorzeitigem Abbau führt.
• Unmodifiziertes Magnesiumhydroxid: Erfordert eine Oberflächenbehandlung, um Agglomeration und thermische Zersetzung während der Verarbeitung zu verhindern.

IV. Empfehlungen zur Leistungsoptimierung

1. Oberflächenbehandlung: Verwenden Sie Silan-Haftvermittler auf Magnesiumhydroxid und Zinkborat, um die Dispersion und die Grenzflächenbindung zu verbessern.
2. Prozesstemperaturkontrolle: Um eine Zersetzung des FR während der Verarbeitung zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass die Zersetzungstemperatur > 250 °C beträgt.
3. Ausgleich der mechanischen Eigenschaften: Durch Einbringen von Nanofüllstoffen (z. B. SiO₂) oder Zähigkeitsverstärkern (z. B. POE-g-MAH) kann der Festigkeitsverlust kompensiert werden.

V. Typisches Formulierungsbeispiel

VI. Wichtigste Testparameter

• Flammschutz: UL94 V-0 (1,6 mm), LOI > 35 %.
• Thermische Stabilität: TGA-Rückstand > 25 % (600 °C).
• Mechanische Eigenschaften: Zugfestigkeit > 45 MPa, Kerbschlagzähigkeit > 4 kJ/m².

Durch Optimierung der Mischungsverhältnisse lässt sich ein effizientes halogenfreies Flammschutzsystem erzielen, wobei die Gesamtleistung von PBT erhalten bleibt.

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