PBT-Halogenfreie Flammschutzmittel-Referenzformulierung

PBT-Halogenfreie Flammschutzmittel-Referenzformulierung

Zur Optimierung der Formulierung halogenfreier Flammschutzmittel für PBT ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Flammschutzwirkung, thermischer Stabilität, Verarbeitungstemperaturverträglichkeit und mechanischen Eigenschaften unerlässlich. Nachfolgend wird eine optimierte Compoundierungsstrategie mit wichtigen Analysen vorgestellt:

1. Kernflammhemmende Kombinationen

Option 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 (Zersetzung bei ~300°C): Endotherme Zersetzung setzt Edelgase (NH₃, H₂O) frei, verdünnt brennbare Gase und unterdrückt das Abtropfen der Schmelze.
• Zinkborat (Zersetzung > 300°C): Fördert die Bildung von glasartigem Kohlenstoff und reduziert Rauch und Nachglühen.

Empfohlenes Verhältnis:

• Aluminiumhypophosphit (10-15%) + MCA (5-8%) + Zinkborat (3-5%).

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

Mechanismus:

• Modifiziertes Magnesiumhydroxid (Zersetzung ~300°C): Oberflächenbehandlung (Silan/Titanat) verbessert die Dispersion und die thermische Stabilität; endotherme Kühlung senkt die Materialtemperatur.
• 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%).

2. Optionale Synergisten

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

3. 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.

4. Tipps zur Leistungsoptimierung

• Oberflächenbehandlung: Verwenden Sie Silan-Haftvermittler auf Mg(OH)₂ und Zinkborat, um die Dispersion und die Grenzflächenbindung zu verbessern.
• Prozesstemperaturkontrolle: Sicherstellen, dass die Zersetzungstemperatur des Flammschutzmittels > 250°C beträgt, um eine Zersetzung zu vermeiden.
• Ausgleich der mechanischen Eigenschaften: Kompensieren Sie den Festigkeitsverlust durch den Einsatz von Nanofüllstoffen (z. B. SiO₂) oder Zähigkeitsverstärkern (z. B. POE-g-MAH).

5. Beispielformulierung

6. Wichtige Testkennzahlen

• 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 Feinabstimmung der Mischungsverhältnisse lässt sich eine hocheffiziente halogenfreie Flammschutzwirkung erzielen, während die Gesamtleistung von PBT erhalten bleibt.

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