Referenzformulierung für flammhemmende Mittel für duroplastische Acrylklebstoffe
Um die Anforderungen der UL94 V0-Flammschutzklasse für duroplastische Acrylklebstoffe zu erfüllen, werden unter Berücksichtigung der Eigenschaften bestehender Flammschutzmittel und der Besonderheiten duroplastischer Systeme die folgende optimierte Rezeptur und Schlüsselanalyse vorgeschlagen:
I. Formulierungsprinzipien und Anforderungen an das Duroplast-System
- Muss der Aushärtungstemperatur entsprechen (typischerweise 120–180 °C).
- Flammschutzmittel müssen hohen Verarbeitungstemperaturen standhalten (Zersetzungsversagen vermeiden).
- Sicherstellung der Dispersionsstabilität in Systemen mit hoher Vernetzungsdichte
- Ausgewogene mechanische Festigkeit nach der Aushärtung und Flammschutzwirkung
II. Synergistisches Flammschutzsystemdesign
Flammhemmende Eigenschaften & Kompatibilität mit Duroplasten
| Flammschutzmittel | Hauptrolle | Kompatibilität von Duroplasten | Empfohlene Beladung |
|---|---|---|---|
| Ultrafeines ATH | Haupt-FR: Endotherme Dehydratisierung, Gasphasenverdünnung | Erfordert Oberflächenmodifizierung (Anti-Agglomeration) | ≤35 % (Überbeladung verringert die Vernetzung) |
| Aluminiumhypophosphit | Synergist: Kohlenstoffkatalysator, Radikalfänger (PO·) | Zersetzungstemperatur >300°C, geeignet zum Aushärten | 8–12 % |
| Zinkborat | Kohleverstärkungsmittel: Bildet eine glasartige Barriere, reduziert Rauch | Wirkt synergistisch mit ATH (Al-BO char) | 5–8 % |
| MCA (Melamincyanurat) | Gasförmiges Flammschutzmittel: Setzt NH₃ frei, hemmt die Verbrennung | Zersetzungstemperatur 250–300 °C (Aushärtungstemperatur <250 °C) | 3–5 % |
III. Empfohlene Zusammensetzung (Gew.-%)
Richtlinien für die Komponentenverarbeitung
| Komponente | Verhältnis | Wichtige Verarbeitungshinweise |
|---|---|---|
| Duroplastisches Acrylharz | 45–50 % | Niedrigviskose Typen (z. B. Epoxidacrylat) für hohe Füllstoffbeladung |
| Oberflächenmodifiziertes ATH (D50 <5µm) | 25–30 % | mit KH-550 Silan vorbehandelt |
| Aluminiumhypophosphit | 10–12 % | Mit ATH vorgemischt, portionsweise zugegeben |
| Zinkborat | 6–8 % | Mit MCA versetzt; um eine Degradation durch hohe Scherkräfte zu vermeiden. |
| MCA | 4–5 % | Späte Phase der Niedriggeschwindigkeitsmischung (<250°C) |
| Dispergiermittel (BYK-2152 + PE-Wachs) | 1,5–2 % | Gewährleistet eine gleichmäßige Füllstoffverteilung. |
| Haftvermittler (KH-550) | 1% | Vorbehandelt auf ATH/Hypophosphit |
| Härtemittel (BPO) | 1–2 % | Niedrigtemperatur-Aktivator für schnelle Aushärtung |
| Antisedimentmittel (Aerosil R202) | 0,5 % | Thixotrope Antisedimentation |
IV. Kritische Prozesskontrollen
1. Dispersionsprozess
- Vorbehandlung: ATH & Hypophosphit in 5%iger KH-550/Ethanol-Lösung eingeweicht (2 h, Trocknung bei 80 °C)
- Mischsequenz:
- Harz + Dispergiermittel → Mischen bei niedriger Drehzahl → Modifiziertes ATH/Hypophosphit zugeben → Dispergieren bei hoher Drehzahl (2500 U/min, 20 min) → Zinkborat/MCA zugeben → Mischen bei niedriger Drehzahl (MCA-Abbau vermeiden)
- Ausrüstung: Planetenmischer (Vakuum-Entgasung) oder Dreiwalzenmühle (für ultrafeine Pulver)
2. Optimierung der Aushärtung
- Stufenweise Aushärtung: 80 °C/1 h (Vorgelierung) → 140 °C/2 h (Nachhärtung, um die Zersetzung von MCA zu vermeiden)
- Druckregelung: 0,5–1 MPa zur Verhinderung des Absetzens von Füllstoffen
3. Synergistische Mechanismen
- ATH + Hypophosphit: Bildet AlPO₄-verstärkten Kohlenstoff und fängt gleichzeitig Radikale (PO·) ab.
- Zinkborat + MCA: Gas-Feststoff-Doppelbarriere (NH₃-Verdünnung + geschmolzene Glasschicht)
V. Strategien zur Leistungsoptimierung
Häufige Probleme und Lösungen
| Ausgabe | Grundursache | Lösung |
|---|---|---|
| Tropfende Zündung | Niedrige Schmelzviskosität | MCA auf 5 % erhöhen + Hypophosphit auf 12 % erhöhen oder 0,5 % PTFE-Mikropulver hinzufügen |
| Sprödigkeit nach der Aushärtung | Übermäßige ATH-Belastung | Reduzierung von ATH auf 25 % + 5 % Nano-CaCO₃ (Härtung) |
| Speicherung Sedimentation | Schlechte Thixotropie | Erhöhen Sie den Siliciumdioxidanteil auf 0,8 % oder wechseln Sie zu BYK-410. |
| LOI <28% | Unzureichende Gasphasen-FR | 2 % beschichteten roten Phosphor oder 1 % Nano-BN hinzufügen. |
VI. Validierungsmetriken
- UL94 V0: 3,2 mm Proben, Gesamtflammenzeit <50 s (keine Baumwollentzündung)
- LOI ≥30% (Sicherheitsmarge)
- TGA-Rückstand >25 % (800 °C, N₂)
- Mechanisches Gleichgewicht: Zugfestigkeit >8 MPa, Scherfestigkeit >6 MPa
Wichtigste Erkenntnisse
- Erreicht die V0-Klassifizierung bei gleichzeitiger Wahrung der mechanischen Integrität.
- Vor einer Skalierung werden Versuche im kleinen Maßstab (50 g) empfohlen.
- Für eine höhere Leistung können 2–3 % DOPO-Derivate (z. B. Phosphaphenanthren) hinzugefügt werden.
Diese Rezeptur gewährleistet die Einhaltung strenger Flammschutzmittelnormen und optimiert gleichzeitig die Verarbeitbarkeit und die Leistung im Endprodukt.
Veröffentlichungsdatum: 01.07.2025
