Poliuretanowe kleje proszkowe AB o właściwościach zmniejszających palność

Poliuretanowe kleje proszkowe AB o właściwościach zmniejszających palność
W oparciu o zapotrzebowanie na bezhalogenowe formulacje środków zmniejszających palność do klejów poliuretanowych typu AB, w połączeniu z właściwościami i synergistycznym działaniem środków zmniejszających palność, takich jak podfosforyn glinu (AHP), wodorotlenek glinu (ATH), boran cynku i cyjanuran melaminy (MCA), opracowano trzy poniższe schematy wytwarzania. Formulacje te są bezchlorowe i koncentrują się na optymalizacji skuteczności środków zmniejszających palność, kompatybilności właściwości fizycznych oraz wykonalności procesu:

1. Formuła o wysokiej ognioodporności (do zalewania układów elektronicznych, hermetyzacji baterii, docelowa norma UL94 V-0)

Rdzeń z kombinacją środków zmniejszających palność:

• Podfosforyn glinu (AHP): 8-12 phr (zalecany typ z powłoką poliuretanową na bazie wody w celu rozwiązania problemów z wytrącaniem)
• Wodorotlenek glinu (ATH): 20-25 phr (o czystości submikronowej, 0,2-1,0 μm, w celu zwiększenia indeksu tlenowego i zwartości węgla)
• MCA: 5-8 phr (mechanizm w fazie gazowej, synergistyczny z AHP w fazie skondensowanej)
• Boran cynku: 3-5 phr (wspomaga tworzenie się zwęgleń ceramicznych i zapobiega tleniu)

Oczekiwana wydajność:

• Wskaźnik tlenowy (LOI): ≥32% (czysty PU ≈22%);
• Ocena UL94: V-0 (grubość 1,6 mm);
• Przewodność cieplna: 0,45-0,55 W/m·K (wkład ATH i boranu cynku);
• Kontrola lepkości: 25 000–30 000 cP (konieczna jest obróbka powierzchni w celu zapobiegania sedymentacji).

Kluczowy proces:

• AHP musi zostać wstępnie zdyspergowany w składniku poliolowym (część A), aby uniknąć przedwczesnej reakcji z izocyjanianem (część B);
• ATH należy modyfikować za pomocą środka sprzęgającego silanowego (np. KH-550) w celu wzmocnienia wiązania międzyfazowego.

2. Niedroga formuła ogólna (do uszczelniania konstrukcji, klejenia mebli, docelowo UL94 V-1)

Rdzeń z kombinacją środków zmniejszających palność:

• Wodorotlenek glinu (ATH): 30-40 phr (standardowy, mikronowy, ekonomiczny, wypełniający środek zmniejszający palność);
• Polifosforan amonu (APP): 10-15 phr (w połączeniu z MCA w celu uzyskania układu pęczniejącego, zastępującego środki halogenowane);
• MCA: 5-7 phr (stosunek do APP 1:2~1:3, wspomaga pienienie i izolację tlenu);
• Boran cynku: 5 phr (tłumienie dymu, pomocnicze tworzenie zwęgleń).

Oczekiwana wydajność:

• Poziom wiedzy: ≥28%;
• Ocena UL94: V-1;
• Redukcja kosztów: ~30% (w porównaniu do formulacji o wysokiej ognioodporności);
• Utrzymanie wytrzymałości na rozciąganie: ≥80% (APP wymaga otoczki w celu zapobiegania hydrolizie).

Kluczowy proces:

• APP musi być mikrokapsułkowane (np. żywicą melaminowo-formaldehydową), aby zapobiec wchłanianiu wilgoci i tworzeniu się pęcherzyków;
• Dodać 1-2 phr hydrofobowej krzemionki pirogenicznej (np. Aerosil R202) w celu zapobiegania osadzaniu się.

3. Formuła o niskiej lepkości i łatwej obróbce (do precyzyjnego łączenia elementów elektronicznych, wymagającego wysokiej płynności)

Rdzeń z kombinacją środków zmniejszających palność:

• Podfosforyn glinu (AHP): 5-8 phr (nanorozmiar, D50 ≤1 μm);
• Ciekły organiczny środek zmniejszający palność na bazie fosforu (alternatywa dla BDP): 8-10 phr (np. bezhalogenowe pochodne DMMP na bazie fosforu, utrzymujące lepkość);
• Wodorotlenek glinu (ATH): 15 phr (sferyczny kompozyt tlenku glinu, wyrównujący przewodnictwo cieplne);
• MCA: 3-5 phr.

Oczekiwana wydajność:

• Zakres lepkości: 10 000–15 000 cP (zbliżony do ciekłych układów zmniejszających palność);
• Ognioodporność: UL94 V-0 (wzmocniona ciekłym fosforem);
• Przewodność cieplna: ≥0,6 W/m·K (wkład sferycznego tlenku glinu).

Kluczowy proces:

• AHP i sferyczny tlenek glinu muszą być mieszane i rozpraszane przy wysokim ścinaniu (≥2000 obr./min);
• Dodać osuszacz molekularny o stężeniu 4-6 phr do Części B, aby zapobiec absorpcji wilgoci przez AHP.

4. Łączenie punktów technicznych i rozwiązań alternatywnych

1. Mechanizmy synergistyczne:

• AHP + MCA:AHP powoduje odwodnienie i zwęglanie, natomiast MCA podczas ogrzewania uwalnia azot, tworząc warstwę zwęglonego materiału przypominającą plaster miodu.
• ATH + boran cynku:ATH pochłania ciepło (1967 J/g), a boran cynku tworzy warstwę szkła boranowego pokrywającą powierzchnię.

2. Alternatywne środki zmniejszające palność:

• Pochodne polifosfazenu:Wysoka wydajność i przyjazność dla środowiska, z wykorzystaniem produktu ubocznego HCl;
• Żywica epoksydowo-silikonowa (ESR):W połączeniu z AHP powoduje redukcję całkowitego obciążenia (18% w przypadku V-0) i poprawę właściwości mechanicznych.

3. Kontrola ryzyka procesowego:

• Sedymentacja:Środki zapobiegające osiadaniu (np. modyfikowane polimocznikiem) wymagane, jeśli lepkość <10 000 cP;
• Hamowanie utwardzania:Unikaj stosowania nadmiernie alkalicznych środków zmniejszających palność (np. MCA), aby zapobiec zakłóceniom reakcji izocyjanianów.

5. Zalecenia dotyczące wdrożenia

• Priorytetem jest przetestowanie preparatu o wysokim stopniu ognioodporności: powlekanego AHP + submikronowego ATH (średnia wielkość cząstek 0,5 μm) przy AHP:ATH:MCA = 10:20:5 w celu wstępnej optymalizacji.
• Kluczowe testy:
  → LOI (GB/T 2406.2) i spalanie pionowe UL94;
  → Wytrzymałość wiązania po cyklach termicznych (-30℃~100℃, 200 godzin);
  → Wytrącanie się środka zmniejszającego palność po przyspieszonym starzeniu (60℃/7d).

Tabela formulacji środków zmniejszających palność