Auflösungs- und Dispersionsprozess von festen Flammschutzmitteln im Polyurethan-AB-Klebstoffsystem

Auflösungs- und Dispersionsprozess von festen Flammschutzmitteln im Polyurethan-AB-Klebstoffsystem

Für die Auflösung/Dispersion fester Flammschutzmittel wie Aluminiumhypophosphit (AHP), Aluminiumhydroxid (ATH), Zinkborat und Melamincyanurat (MCA) in einem Polyurethan-AB-Klebstoffsystem sind die wichtigsten Schritte Vorbehandlung, schrittweise Dispergierung und strenge Feuchtigkeitskontrolle. Im Folgenden wird der detaillierte Prozess beschrieben (für Formulierungen mit hohem Flammschutzmittelgehalt; andere Formulierungen können entsprechend angepasst werden).

I. Grundprinzipien

1. Bei der „Auflösung“ handelt es sich im Wesentlichen um Dispersion: Feste Flammschutzmittel müssen gleichmäßig im Polyol (A-Komponente) dispergiert werden, um eine stabile Suspension zu bilden.
2. Vorbehandlung von Flammschutzmitteln: Probleme der Feuchtigkeitsaufnahme, Agglomeration und Reaktivität mit Isocyanaten angehen.
3. Schrittweise Zugabe: Die Materialien sollten in der Reihenfolge ihrer Dichte und Partikelgröße hinzugefügt werden, um lokal hohe Konzentrationen zu vermeiden.
4. Strenge Feuchtigkeitskontrolle: Wasser verbraucht das Isocyanat (-NCO) in der B-Komponente, was zu einer schlechten Aushärtung führt.

II. Detaillierte Arbeitsanweisung (Basierend auf 100 Teilen Polyol in der A-Komponente)

Schritt 1: Flammschutzmittel-Vorbehandlung (24 Stunden im Voraus)

• Aluminiumhypophosphit (AHP, 10 Teile):
  • Oberflächenbeschichtung mit Silan-Haftvermittler (KH-550) oder Titanat-Haftvermittler (NDZ-201):
    • 0,5 Teile Haftvermittler + 2 Teile wasserfreies Ethanol vermischen und 10 Minuten lang rühren, um die Hydrolyse zu ermöglichen.
    • AHP-Pulver hinzufügen und 20 Minuten lang bei hoher Geschwindigkeit (1000 U/min) rühren.
    • Im Backofen bei 80°C 2 Stunden trocknen lassen, anschließend verschlossen aufbewahren.
• Aluminiumhydroxid (ATH, 25 Teile):
  • Verwenden Sie submikronäre, silanmodifizierte ATH (z. B. Wandu WD-WF-20). Falls unmodifiziert, behandeln Sie sie wie AHP.
• MCA (6 Teile) & Zinkborat (4 Teile):
  • Bei 60°C 4 Stunden trocknen lassen, um die Feuchtigkeit zu entfernen, dann durch ein 300-Mesh-Sieb sieben.

Schritt 2: Dispersionsprozess der A-Komponente (Polyolseite)

1. Grundmischung:
   • 100 Teile Polyol (z. B. Polyetherpolyol PPG) in einen trockenen Behälter geben.
   • 0,3 Teile eines polyethermodifizierten Polysiloxan-Nivellierungsmittels (z. B. BYK-333) hinzufügen.
2. Vorstreuung bei niedriger Geschwindigkeit:
   • Flammschutzmittel in folgender Reihenfolge hinzufügen: ATH (25 Teile) → AHP (10 Teile) → Zinkborat (4 Teile) → MCA (6 Teile).
   • Bei 300-500 U/min 10 Minuten lang rühren, bis kein trockenes Pulver mehr vorhanden ist.
3. Hochscherdispersion:
   • Für 30 Minuten auf einen Hochgeschwindigkeitsdisperser (≥1500 U/min) umschalten.
   • Temperaturkontrolle ≤50°C (um Polyoloxidation zu verhindern).
4. Mahlen & Verfeinern (kritisch!):
   • Das Material wird 2-3 Mal durch eine Dreiwalzenmühle oder eine Korbmühle geleitet, bis die Feinheit ≤30μm beträgt (geprüft mit einem Hegman-Messgerät).
5. Viskositätsanpassung & Entschäumung:
   • Um ein Absetzen zu verhindern, sollten 0,5 Teile hydrophobe pyrogene Kieselsäure (Aerosil R202) hinzugefügt werden.
   • 0,2 Teile Silikon-Entschäumer (z. B. Tego Airex 900) hinzufügen.
   • Zum Entgasen 15 Minuten bei 200 U/min rühren.

Schritt 3: Behandlung der B-Komponente (Isocyanatseite)

• Zur Feuchtigkeitsabsorption werden dem B-Komponente (z. B. MDI-Präpolymer) 4-6 Teile Molekularsieb (z. B. Zeochem 3A) zugesetzt.
• Bei Verwendung von flüssigen Phosphor-Flammschutzmitteln (niedrigviskose Variante) diese direkt in die B-Komponente einrühren und 10 Minuten lang rühren.

Schritt 4: AB-Komponenten mischen und aushärten

• Mischungsverhältnis: Beachten Sie die ursprüngliche AB-Klebstoffrezeptur (z. B. A:B = 100:50).
• Mischvorgang:
  • Verwenden Sie einen Zweikomponenten-Planetenmischer oder ein statisches Mischrohr.
  • 2-3 Minuten lang mixen, bis eine gleichmäßige Masse entsteht (keine Fäden ziehen).
• Aushärtungsbedingungen:
  • Aushärtung bei Raumtemperatur: 24 Stunden (verlängert um 30 % aufgrund der Wärmeaufnahme des Flammschutzmittels).
  • Beschleunigte Aushärtung: 60°C/2 Stunden (für blasenfreie Ergebnisse prüfen).

III. Wichtige Prozesskontrollpunkte

IV. Alternative Dispersionsverfahren (ohne Mahlvorrichtung)

1. Vorbehandlung durch Kugelmühlen:
   • Flammschutzmittel und Polyol im Verhältnis 1:1 mischen, 4 Stunden in einer Kugelmühle vermahlen (Zirkonoxidkugeln, 2 mm Größe).
2. Masterbatch-Methode:
   • Bereiten Sie eine 50%ige Flammschutzmittel-Masterbatchmischung (Polyol als Träger) vor und verdünnen Sie diese vor Gebrauch.
3. Ultraschalldispersion:
   • Vorgemischte Suspension mit Ultraschall behandeln (20 kHz, 500 W, 10 min) (geeignet für kleine Chargen).

V. Umsetzungsempfehlungen

1. Zunächst Tests im kleinen Maßstab: Test mit 100 g der A-Komponente, wobei der Schwerpunkt auf der Viskositätsstabilität (Änderung nach 24 Stunden <10 %) und der Aushärtungsgeschwindigkeit liegt.
2. Regel für die Reihenfolge der Zugabe von Flammschutzmitteln:
   • „Erst schwer, dann leicht; erst fein, dann grob“ → ATH (schwer) → AHP (fein) → Zinkborat (mittel) → MCA (leicht/grob).
3. Notfallbehebung:
   • Plötzlicher Viskositätsanstieg: Zur Verdünnung 0,5 % Propylenglykolmethyletheracetat (PMA) hinzufügen.
   • Schlechte Aushärtung: Dem B-Bauteil 5 % modifiziertes MDI (z. B. Wanhua PM-200) hinzufügen.