La réduction de la charge en ATH dans les dispersions styrène-acrylique nécessite de trouver un équilibre entre les performances ignifuges, la rhéologie, la résistance mécanique et le coût. Les approches suivantes vous aideront à réduire la teneur en ATH tout en conservant, voire en améliorant, les propriétés clés. Une base pourrait être de remplacer la dispersion styrène-acrylique par un liant-dispersion VAE moins inflammable.

Cependant, certains sujets généraux visant à réduire l'ATH dans votre composé sont également mentionnés ci-dessous. Cela pourrait en fin de compte améliorer les résultats FR, en plus de l'utilisation de VAE comme principale dispersion de polymère liant.

1. Remplacer une partie de l'ATH par des retardateurs de flamme à haut rendement

• Utiliser des monomères réactifs à base de phosphore (par exemple, le méthacrylate de diéthyl-phosphatoéthyle) copolymérisés dans le liant.
• Incorporer des additifs organophosphorés (par exemple, le polyphosphate de mélamine) pour obtenir un retardateur de flamme synergique.
• Ajouter des systèmes intumescents (source d'acide + source de carbone + agent gonflant) qui se dilatent sous l'effet de la chaleur et protègent le substrat.

Ces alternatives peuvent offrir une performance de flamme similaire ou supérieure à celle de l'ATH seul, ce qui vous permet de réduire l'ATH de 20-50%.

2. Optimiser la distribution de la taille des particules de la charge

• Employer un mélange bimodal de ATH micronisé (0,5-5 µm) plus ATH à l'échelle nanométrique (<100 nm).
• Les petites particules remplissent les interstices des plus grandes, améliorant ainsi l'efficacité de l'emballage.
• Un meilleur conditionnement réduit le volume global de remplissage nécessaire pour obtenir le même effet de barrière.

Des distributions bien calibrées peuvent réduire l'ATH total jusqu'à 15% tout en maintenant la viscosité sous contrôle.

3. Traitement de surface de l'hydrate d'alumine pour une meilleure compatibilité

• Les agents de couplage silane (par exemple, le vinyltriméthoxysilane) lient les surfaces ATH à la matrice styrène-acrylique.
• Les revêtements à base d'acides gras (par exemple, l'acide stéarique) améliorent le mouillage et la dispersion.
• L'ATH traité se disperse plus uniformément et nécessite moins de charge globale pour obtenir le même renforcement mécanique.

Un traitement de surface approprié peut réduire la dose d'ATH de 10-20%.

4. Introduire des charges minérales synergiques

• Remplacez une partie de votre ATH par hydroxyde de magnésium ou borate de zinc.
• Ces minéraux agissent en synergie : l'hydroxyde de magnésium libère de l'eau à une température similaire à celle de l'ATH, et le borate de zinc favorise la formation de charbons.
• Un mélange de 70% ATH + 30% MH ou ZB peut souvent égaler les performances d'une charge de 100% ATH.

5. Modifier le liant polymère pour une résistance intrinsèque à la flamme

• Copolymériser de petites quantités de monomères ignifuges sans halogène (fonctions phosphonate ou phosphonate-ester).
• Augmenter la densité de réticulation de manière sélective grâce à des monomères multifonctionnels afin de resserrer le réseau de polymères.
• Un liant plus robuste peut tolérer des charges minérales plus faibles sans sacrifier la stabilité thermique.

6. Affiner les techniques de dispersion et de mélange

• Utiliser un mélange à haut cisaillement ou dispersion ultrasonique pour briser les agglomérats d'hydrate d'alumine.
• Ajouter une petite quantité de modificateur rhéologique (par exemple, un épaississant associatif) pour stabiliser les formulations à faible viscosité et à forte charge.
• Une meilleure homogénéité de la dispersion signifie qu'il faut moins d'ATH pour former une barrière continue.

Comparaison des stratégies

Remplacement du styrène-acrylique (S/A) par l'acétate de vinyle-éthylène (VAE) dans les dispersions remplies d'ATH

Le remplacement d'un liant styrène-acrylique par une dispersion VAE modifie le comportement de formation du film, la compatibilité avec les charges, la rhéologie et le profil environnemental. Examinez les points ci-dessous pour comprendre ces changements et savoir comment reformuler.

Formation du film et mécanique des liants

Les films styrène-acrylique se forment à des températures minimales de formation de film plus élevées, en s'appuyant sur des coalescents pour plastifier les particules de polymère. Les polymères VAE, en revanche, utilisent l'eau comme plastifiant temporaire : malgré une température de transition vitreuse (Tg) relativement élevée, ils coalescent à des températures beaucoup plus basses sans ajout de solvants.

Cette hydroplastification signifie :

• Pas ou peu d'exigences en matière de coalescence
• Séchage au toucher plus rapide dans des conditions ambiantes
• Économies potentielles sur les plastifiants à faible teneur en COV

Compatibilité avec l'ATH et la dispersion de charges

La polarité plus élevée du VAE améliore le mouillage des charges hydrophiles comme l'ATH. L'amélioration de l'affinité entre le polymère et la charge peut :

• Demande de liant de rétraction pour revêtir les surfaces ATH
• Favorise une dispersion plus fine, réduisant l'agglomération
• Possibilité de réduire la charge d'ATH de 5-15% pour le même effet de barrière

Toutefois, il peut être nécessaire d'ajuster les systèmes de tensioactifs et les stabilisateurs de pH pour maintenir la stabilité de la dispersion à long terme.

Propriétés ignifuges et thermiques

L'ATH confère une résistance à la flamme par le biais d'une libération endothermique de l'eau. Remplacement de S/A par VAE :

• Ne modifie pas le mode d'action fondamental de l'ATH
• Peut altérer l'adhérence du charbon : Le charbon VAE peut être plus mou, nécessitant des aides à la carbonisation (par exemple, le borate de zinc) pour une intégrité optimale.
• Peut nécessiter une réévaluation des mesures UL 94, LOI ou cône-calorimètre, étant donné que la matrice polymère influence le comportement d'égouttage et de postcombustion.

Prévoir des essais d'ATG et des essais au feu à petite échelle pour vérifier la synergie avec la stratégie de réduction de l'ATH que vous avez choisie.

Rhéologie, aptitude au traitement et performances mécaniques

Les principaux changements rhéologiques sont les suivants

• Viscosité plus faible à solides équivalents - les dispersions VAE s'écoulent souvent plus facilement sous l'effet du cisaillement.
• Amélioration de la stabilité au gel et au dégel pour le stockage et le transport des citernes
• Compromis mécaniques : Les films VAE peuvent être plus souples mais moins résistants à l'abrasion que les films S/A.

Pour compenser, il faut envisager l'utilisation d'épaississants associatifs ou d'additifs à base de cire micronisée pour ajuster la résistance à l'affaissement et la résistance aux blocages.

Impacts environnementaux et réglementaires

Les dispersions VAE ont généralement de très faibles émissions de COV et sont pratiquement inodores, ce qui est idéal pour les applications intérieures et les réglementations strictes. Elles sont également :

• Réduction de la dépendance à l'égard des solvants de coalescence (moins de substances organiques en suspension dans l'air)
• Permettent souvent une charge de biocide plus faible en raison des exigences de pH plus douces.
• S'aligner sur les normes en matière de construction écologique et de label écologique