Die Reduzierung des ATH-Gehalts in Styrol-Acrylat-Dispersionen erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Flammschutzwirkung, Rheologie, mechanischer Festigkeit und Kosten. Die folgenden Ansätze helfen Ihnen, den ATH-Gehalt zu senken und gleichzeitig wichtige Eigenschaften beizubehalten oder sogar zu verbessern. Eine Grundlage könnte sein, die Styrol-Acrylat-Dispersion durch eine weniger brennbare VAE-Bindemittel-Dispersion zu ersetzen.

Im Folgenden werden jedoch auch einige allgemeine Themen zur Verringerung von ATH in Ihrer Mischung genannt. Dies könnte letztendlich die FR-Ergebnisse verbessern, zusätzlich zur Verwendung von VAE als Hauptbindemittel-Polymerdispersion.

1. Ersetzen eines Teils der ATH durch hocheffiziente Flammschutzmittel

• Verwenden Sie reaktive Monomere auf Phosphorbasis (z. B. Diethylphosphatoethylmethacrylat), die in das Bindemittel einpolymerisiert werden.
• Einarbeitung von Organophosphatzusätzen (z. B. Melaminpolyphosphat) zur Erzielung eines synergistischen Flammschutzes.
• Hinzufügen von intumeszierenden Systemen (Säurequelle + Kohlenstoffquelle + Treibmittel), die sich bei Hitze ausdehnen und den Untergrund abschirmen.

Diese Alternativen können eine ähnliche oder bessere Flammenleistung als ATH allein bieten, so dass Sie ATH um 20-50% reduzieren können.

2. Optimierung der Partikelgrößenverteilung des Füllstoffs

• Verwenden Sie eine bimodale Mischung aus mikronisiertes ATH (0,5-5 µm) plus nanoskalige ATH (<100 nm).
• Kleinere Partikel füllen die Zwischenräume größerer Partikel und verbessern so die Packungseffizienz.
• Eine bessere Packung verringert das für die gleiche Barrierewirkung erforderliche Gesamtfüllvolumen.

Gut abgestufte Verteilungen können die Gesamt-ATH um bis zu 15% reduzieren und gleichzeitig die Viskosität in Schach halten.

3. Oberflächenbehandlung von ATH für verbesserte Kompatibilität

• Silan-Haftvermittler (z. B. Vinyltrimethoxysilan) verbinden ATH-Oberflächen mit der Styrol-Acryl-Matrix.
• Fettsäurebeschichtungen (z. B. Stearinsäure) verbessern die Benetzung und Dispersion.
• Behandeltes ATH verteilt sich gleichmäßiger und erfordert eine geringere Gesamtbelastung, um die gleiche mechanische Verstärkung zu erreichen.

Eine geeignete Oberflächenbehandlung kann die ATH-Dosierung um 10-20% senken.

4. Synergistische mineralische Füllstoffe einführen

• Ersetzen Sie einen Teil Ihres ATH durch Magnesiumhydroxid oder Zinkborat.
• Diese Mineralien wirken synergetisch - Magnesiumhydroxid setzt bei einer ähnlichen Temperatur wie ATH Wasser frei, und Zinkborat fördert die Bildung von Holzkohle.
• Eine Mischung aus 70% ATH + 30% MH oder ZB kann oft die Leistung einer 100% ATH-Ladung erreichen.

5. Modifizierung des Polymerbindemittels zur Erzielung einer intrinsischen Flammenbeständigkeit

• Copolymerisieren Sie kleine Mengen von halogenfreie flammhemmende Monomere (Phosphonat- oder Phosphonat-Ester-Funktionalitäten).
• Selektive Erhöhung der Vernetzungsdichte durch multifunktionelle Monomere zur Verfestigung des Polymernetzwerks.
• Ein robusteres Bindemittel kann einen geringeren Gehalt an mineralischen Füllstoffen vertragen, ohne dass die thermische Stabilität darunter leidet.

6. Verfeinerung der Dispersions- und Mischtechniken

• Mischen mit hoher Scherkraft oder Ultraschalldispersion um ATH-Agglomerate aufzubrechen.
• Fügen Sie eine kleine Menge eines Rheologiemodifikators (z. B. eines Assoziativverdickers) hinzu, um niedrigviskose Formulierungen mit hohem Füllstoffgehalt zu stabilisieren.
• Eine verbesserte Dispersionshomogenität bedeutet, dass weniger ATH benötigt wird, um eine durchgehende Barriere zu bilden.

Strategievergleich

Ersatz von Styrol-Acryl (S/A) durch Vinylacetat-Ethylen (VAE) in ATH-gefüllten Dispersionen

Der Austausch Ihres Styrol-Acrylat-Bindemittels gegen eine VAE-Dispersion verändert das Filmbildungsverhalten, die Füllstoffkompatibilität, die Rheologie und das Umweltprofil. Beachten Sie die folgenden Punkte, um diese Veränderungen zu verstehen und zu erfahren, wie Sie neu formulieren können.

Filmbildung und Bindemittelmechanik

Styrol-Acrylat-Filme bilden sich bei höheren Mindestfilmbildungstemperaturen (MFFT) und sind auf Koaleszenzmittel angewiesen, um die Polymerpartikel zu plastifizieren. VAE-Polymere hingegen nutzen Wasser als temporären Weichmacher: Trotz einer relativ hohen Glasübergangstemperatur (Tg) koaleszieren sie bei viel niedrigeren Temperaturen ohne zusätzliche Lösungsmittel.

Diese Hydroplastizierung bedeutet:

• Keine oder reduzierte Anforderungen an die Koaleszenz
• Schnelleres Dry-to-Touch bei Umgebungsbedingungen
• Mögliche Einsparungen bei VOC-armen Weichmachern

Kompatibilität mit ATH und Füllstoffdispersion

Die höhere Polarität von VAE verbessert die Benetzung von hydrophilen Füllstoffen wie ATH. Verbesserte Polymer-Füllstoff-Affinität kann:

• Bedarf an Schrumpfbindern zur Beschichtung von ATH-Oberflächen
• Förderung einer feineren Dispersion, Verringerung der Agglomeration
• Potenzielle Verringerung der ATH-Belastung um 5-15% bei gleicher Barrierewirkung

Möglicherweise müssen Sie jedoch Tensidsysteme und pH-Stabilisatoren anpassen, um die langfristige Stabilität der Dispersion zu erhalten.

Flammhemmende und thermische Eigenschaften

ATH verleiht Flammfestigkeit durch endothermische Wasserabgabe. Ersetzen von S/A durch VAE:

• Ändert nichts an der grundlegenden Wirkungsweise von ATH
• Kann die Verkohlungshaftung verändern: VAE-Holzkohle kann weicher sein und erfordert Verkohlungshilfsmittel (z. B. Zinkborat) für optimale Integrität
• Kann eine Neubewertung von UL 94, LOI oder Cone-Calorimeter-Metriken erforderlich machen, da die Polymermatrix das Abtropf- und Nachbrennverhalten beeinflusst

Planen Sie TGA- und Brandversuche im kleinen Maßstab, um die Synergie mit der von Ihnen gewählten ATH-Reduktionsstrategie zu überprüfen.

Rheologie, Verarbeitbarkeit und mechanische Leistung

Zu den wichtigsten rheologischen Verschiebungen gehören:

• Geringere Viskosität bei äquivalenten Feststoffen - VAE-Dispersionen fließen oft leichter unter Scherung
• Verbesserte Gefrier-Tau-Stabilität für Tanklagerung und Transport
• Mechanische Abstriche: VAE-Folien können flexibler sein, sind aber weniger abriebfest als S/A

Zum Ausgleich können assoziative Verdickungsmittel oder mikronisierte Wachszusätze verwendet werden, um die Durchbiegungs- und Blockfestigkeit zu verbessern.

Auswirkungen auf die Umwelt und die Gesetzgebung

VAE-Dispersionen haben in der Regel sehr niedrige VOC-Emissionen und sind im Wesentlichen geruchsneutral - ideal für Anwendungen in Innenräumen und strenge Vorschriften. Sie auch:

• Geringere Abhängigkeit von Koaleszenz-Lösungsmitteln (weniger organische Stoffe in der Luft)
• Erlauben oft eine geringere Biozidbelastung aufgrund milderer pH-Anforderungen
• Angleichung an Standards für grünes Bauen und Umweltzeichen