Modificación de retardantes de llama de TPU con retardantes de llama inorgánica

El poliuretano termoplástico (TPU) se usa ampliamente en la electrónica, automotriz, cable, calzado e aplicaciones industriales, pero su inflamabilidad limita su rendimiento en los campos sensibles al fuego. Para mejorar la resistencia a la llama, la TPU puede modificarse con retardantes de llama inorgánica como hidróxido de aluminio (ATH), hidróxido de magnesio, nanoclayos y grafito expandible (por ejemplo). Este artículo introduce los retardantes de llama inorgánicos de TPU, sus efectos y estrategias sinérgicas comúnmente utilizadas para mejorar el rendimiento.

1. Retardantes comunes de llama inorgánica para TPU

Hidróxido de aluminio (ATH)

El hidróxido de aluminio es el retardante de llama mineral más utilizado, que representa aproximadamente el 45% del mercado global. En la composición de TPU, ATH proporciona un excelente retraso de la llama, pero requiere altos niveles de carga, lo que puede reducir la resistencia a la tracción del material, la dureza y la estabilidad térmica. Para mejorar la compatibilidad, a menudo es necesario el tratamiento superficial de ATH.

Hidróxido de magnesio

El hidróxido de magnesio (brucita) es otro retardante de llama inorgánica importante. Similar a ATH, requiere una dosis alta para lograr una resistencia efectiva a la llama. Si bien mejora la seguridad del fuego, la adición excesiva afecta negativamente el rendimiento mecánico de la TPU a menos que se aplican la dispersión adecuada y la modificación de la superficie.

ATH + MICA Combinación

Cuando ATH se combina con MICA en formulaciones de TPU, la retraso de la llama se mejora, mientras que la mica ayuda a contrarrestar el efecto negativo de ATH en las propiedades mecánicas. MICA proporciona aislamiento térmico y fortalece el compuesto general, lo que lo convierte en un relleno complementario efectivo.

2. Retardantes de la llama de Nanoclay

Los minerales de nanoclay, cuando se dispersan a nanoescala en TPU, mejoran significativamente los efectos de la barrera durante la combustión. Su estructura en capas:

• Bloquea el calor y los gases inflamables para la propagación,

• Reduce la retroalimentación térmica de la fase gaseosa a la fase condensada,

• Restringe la movilidad de las cadenas moleculares de TPU, aumentando la temperatura de descomposición.

Cuando se usa con retardantes de llama de nitrógeno-fósforo (FRS), los nanoclayos mejoran el rendimiento. Por ejemplo, TPU con 18% de FRS puede lograr una calificación UL94 V-0 y un LOI (índice de oxígeno limitante) de 32.8%. Agregar nanoclay del 1% mejora aún más la formación de carbón y reduce las pérdidas mecánicas en comparación con las formulaciones de FR puro.

3. Grafito expandible (por ejemplo)

El grafito expandible se produce mediante el tratamiento químico del grafito de escamas naturales para formar un compuesto de intercalación. Al calentar:

• Se expande hasta 280 veces su volumen,

• Se transforma en una estructura de 'gusano ',

• Crea una capa de carbón estable en la superficie de TPU,

• Proporciona aislamiento térmico y barrera de oxígeno,

• Evita la liberación de gases inflamables.

EG no reacciona químicamente con TPU, pero forma una capa de barrera protectora a 200–300 ° C. Esto mejora la estabilidad térmica de TPU y bloquea una descomposición adicional, rompiendo efectivamente la reacción en la cadena de combustión.

4. Conclusión

Los retardantes de llama inorgánica como ATH, hidróxido de magnesio, nanoclays y grafito expandible juegan un papel vital en la mejora del retraso de la llama de TPU. Mientras que las altas cargas pueden reducir el rendimiento mecánico, la modificación de la superficie y las formulaciones sinérgicas (p. Ej., ATH con mica o nanoclay con fósforo-nitrógeno FRS) ayudan a equilibrar la seguridad del fuego y la resistencia mecánica. El grafito expandible, en particular, ofrece una barrera física altamente efectiva contra el calor y el oxígeno, lo que lo convierte en un fuerte candidato para aplicaciones de TPU-retardantes de llama.

Al combinar diferentes retardantes de llama inorgánica y optimizar su dispersión, los fabricantes pueden desarrollar materiales TPU-retardantes de llama que cumplan con los estrictos estándares de seguridad contra incendios como UL94 V-0 y LOI ≥ 32%, ampliando su uso en industrias de alto rendimiento y seguridad.

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