La reducción de la carga de ATH en las dispersiones estireno-acrílicas requiere un equilibrio entre el rendimiento ignífugo, la reología, la resistencia mecánica y el coste. Los siguientes enfoques le ayudarán a reducir el contenido de ATH manteniendo -o incluso mejorando- las propiedades clave. Una base podría ser sustituir la disersión estireno-acrílica por una dispersión aglutinante VAE menos inflamable.

No obstante, a continuación se mencionan también algunos temas generales para reducir el ATH en su compuesto. En última instancia, esto podría mejorar los resultados de FR, además de utilizar VAE como principal dispersión de polímero aglutinante.

1. Sustituir una parte del ATH por retardantes de llama de alta eficacia

• Utilizar monómeros reactivos a base de fósforo (por ejemplo, metacrilato de dietilfosfatoetilo) copolimerizados en el aglutinante.
• Incorporar aditivos organofosforados (por ejemplo, polifosfato de melamina) para lograr una retardancia de llama sinérgica.
• Añadir sistemas intumescentes (fuente de ácido + fuente de carbono + agente espumante) que se expanden con el calor y protegen el sustrato.

Estas alternativas pueden ofrecer un rendimiento de llama similar o superior al de la ATH sola, permitiéndole reducir la ATH en 20-50%.

2. Optimizar la distribución del tamaño de las partículas de relleno

• Emplear una mezcla bimodal de ATH micronizado (0,5-5 µm) más ATH a nanoescala (<100 nm).
• Las partículas más pequeñas rellenan los intersticios de las más grandes, mejorando la eficacia del empaquetado.
• Un mejor empaquetado reduce el volumen total de relleno necesario para obtener el mismo efecto barrera.

Las distribuciones bien graduadas pueden reducir la HTA total hasta 15% manteniendo la viscosidad bajo control.

3. Tratamiento superficial del ATH para mejorar la compatibilidad

• Los agentes de acoplamiento de silano (por ejemplo, viniltrimetoxisilano) unen las superficies de ATH a la matriz estireno-acrílica.
• Los recubrimientos de ácidos grasos (por ejemplo, ácido esteárico) mejoran la humectación y la dispersión.
• El ATH tratado se dispersa más uniformemente y requiere menos carga total para conseguir el mismo refuerzo mecánico.

Un tratamiento adecuado de la superficie puede reducir la dosis de ATH en 10-20%.

4. Introducir rellenos minerales sinérgicos

• Sustituya parte de su ATH por hidróxido de magnesio o borato de zinc.
• Estos minerales actúan de forma sinérgica: el hidróxido de magnesio libera agua a una temperatura similar a la del ATH, y el borato de zinc favorece la formación de carbón.
• Una mezcla de 70% ATH + 30% MH o ZB a menudo puede igualar el rendimiento de la carga 100% ATH.

5. Modificación del aglutinante polimérico para una resistencia intrínseca a la llama

• Copolimerizar pequeñas cantidades de monómeros pirorretardantes sin halógenos (funcionalidades fosfonato o fosfonato-éster).
• Aumentar selectivamente la densidad de reticulación mediante monómeros multifuncionales para tensar la red polimérica.
• Un aglutinante más robusto puede tolerar menores cargas de cargas minerales sin sacrificar la estabilidad térmica.

6. Perfeccionar las técnicas de dispersión y mezcla

• Utilizar mezclas de alto cizallamiento o dispersión ultrasónica para romper los aglomerados de ATH.
• Añadir una pequeña cantidad de modificador reológico (por ejemplo, espesante asociativo) para estabilizar formulaciones de baja viscosidad y alto contenido en cargas.
• La mejora de la homogeneidad de la dispersión significa que se necesita menos ATH para formar una barrera continua.

Comparación de estrategias

Sustitución de estireno acrílico (S/A) por acetato de vinilo etileno (VAE) en dispersiones rellenas de ATH

El cambio del ligante estireno-acrílico por una dispersión VAE modifica el comportamiento de formación de película, la compatibilidad de las cargas, la reología y el perfil medioambiental. Tenga en cuenta el siguiente punto para comprender estos cambios y cómo reformular.

Formación de la película y mecánica del ligante

Las películas estireno-acrílicas se forman a temperaturas mínimas de formación de película (MFFT) más elevadas, dependiendo de los coalescentes para plastificar las partículas de polímero. Los polímeros VAE, por el contrario, aprovechan el agua como plastificante temporal: a pesar de una temperatura de transición vítrea (Tg) relativamente alta, coalescen a temperaturas mucho más bajas sin disolventes añadidos.

Esta hidroplasticidad significa:

• No se requiere coalescencia o ésta es reducida
• Secado al tacto más rápido en condiciones ambientales
• Ahorro potencial en plastificantes con bajo contenido en COV

Compatibilidad con ATH y dispersión de relleno

La mayor polaridad del VAE mejora la humectación de los rellenos hidrófilos como el ATH. Puede mejorarse la afinidad polímero-relleno:

• Demanda de ligante retráctil para recubrir superficies de ATH
• Promueven una dispersión más fina, reduciendo la aglomeración
• Reducir potencialmente la carga de ATH en 5-15% para obtener el mismo efecto barrera.

Sin embargo, puede que sea necesario ajustar los sistemas tensioactivos y los estabilizadores de pH para mantener la estabilidad de la dispersión a largo plazo.

Propiedades ignífugas y térmicas

El ATH confiere resistencia a la llama mediante la liberación endotérmica de agua. Sustitución de S/A por VAE:

• No modifica el modo de acción fundamental del ATH
• Puede alterar la adherencia del carbón: El carbón VAE puede ser más blando y requerir auxiliares de carbonización (por ejemplo, borato de zinc) para una integridad óptima.
• Puede requerir una reevaluación de las métricas UL 94, LOI o cono-calorímetro, ya que la matriz del polímero influye en el goteo y en el comportamiento tras la llama.

Planifique ensayos TGA y de fuego a pequeña escala para verificar la sinergia con la estrategia de reducción de ATH elegida.

Reología, procesabilidad y rendimiento mecánico

Los cambios reológicos clave incluyen:

• Menor viscosidad en sólidos equivalentes: las dispersiones de VAE suelen fluir más fácilmente al cizallamiento.
• Mayor estabilidad a la congelación y descongelación para el almacenamiento y transporte de cisternas
• Contrapartidas mecánicas: Las películas VAE pueden ser más flexibles pero menos resistentes a la abrasión que las S/A

Para compensar, considere espesantes asociativos o aditivos de cera micronizada para afinar la resistencia al pandeo y al bloqueo.

Impacto medioambiental y normativo

Las dispersiones VAE suelen tener emisiones de COV muy bajas y son prácticamente inodoras, lo que las hace ideales para aplicaciones en interiores y para cumplir las normativas más estrictas. También:

• Reducción de la dependencia de disolventes coalescentes (menos sustancias orgánicas en el aire)
• Suelen permitir una menor carga de biocidas debido a unos requisitos de pH más suaves.
• Cumplir las normas de construcción ecológica y etiqueta ecológica