Zmniejszenie zawartości ATH w dyspersjach styrenowo-akrylowych wymaga zrównoważenia właściwości zmniejszających palność, reologii, wytrzymałości mechanicznej i kosztów. Poniższe podejścia pomagają zmniejszyć zawartość ATH przy jednoczesnym zachowaniu - lub nawet poprawieniu - kluczowych właściwości. Jedną z podstaw może być zastąpienie dyspersji styrenowo-akrylowej mniej łatwopalną dyspersją spoiwa VAE.

Poniżej wymieniono jednak kilka ogólnych tematów dotyczących redukcji ATH w mieszance. Może to ostatecznie poprawić wyniki FR, oprócz stosowania VAE jako głównej dyspersji polimeru wiążącego.

1. Zastąpienie części ATH wysokowydajnymi środkami zmniejszającymi palność

• Użycie reaktywnych monomerów na bazie fosforu (np. metakrylanu dietylo-fosforanoetylu) skopolimeryzowanych w spoiwie.
• Zawierają dodatki fosforoorganiczne (np. polifosforan melaminy) w celu uzyskania synergicznej ognioodporności.
• Dodaj systemy pęczniejące (źródło kwasu + źródło węgla + środek porotwórczy), które rozszerzają się pod wpływem ciepła i osłaniają podłoże.

Te alternatywy mogą zapewnić podobną lub lepszą wydajność płomienia w porównaniu z samym ATH, pozwalając na zmniejszenie ATH o 20-50%.

2. Optymalizacja rozkładu wielkości cząstek wypełniacza

• Zastosuj bimodalną mieszankę mikronizowany ATH (0,5-5 µm) plus ATH w nanoskali (<100 nm).
• Mniejsze cząstki wypełniają przestrzenie między większymi, poprawiając wydajność pakowania.
• Lepsze upakowanie zmniejsza całkowitą objętość wypełniacza potrzebną do uzyskania tego samego efektu bariery.

Dobrze dobrane dystrybucje mogą zmniejszyć całkowite ATH nawet o 15% przy jednoczesnym utrzymaniu lepkości pod kontrolą.

3. Obróbka powierzchniowa ATH w celu zwiększenia kompatybilności

• Silanowe środki sprzęgające (np. winylotrimetoksysilan) wiążą powierzchnie ATH z matrycą styrenowo-akrylową.
• Powłoki z kwasów tłuszczowych (np. kwas stearynowy) poprawiają zwilżanie i dyspersję.
• Poddany obróbce ATH rozprasza się bardziej równomiernie i wymaga mniejszego całkowitego obciążenia, aby uzyskać takie samo wzmocnienie mechaniczne.

Odpowiednia obróbka powierzchni może zmniejszyć dawkę ATH o 10-20%.

4. Wprowadzenie synergicznych wypełniaczy mineralnych

• Wymień część ATH na wodorotlenek magnezu lub boran cynku.
• Minerały te działają synergistycznie - wodorotlenek magnezu uwalnia wodę w temperaturze podobnej do ATH, a boran cynku wspomaga tworzenie się węgla drzewnego.
• Mieszanka 70% ATH + 30% MH lub ZB może często dorównać wydajności 100% ATH.

5. Modyfikacja spoiwa polimerowego w celu uzyskania wewnętrznej odporności na płomień

• Kopolimeryzacja niewielkich ilości bezhalogenowe monomery zmniejszające palność (funkcje fosfonianowe lub fosfonianowo-estrowe).
• Selektywne zwiększanie gęstości usieciowania za pomocą wielofunkcyjnych monomerów w celu zacieśnienia sieci polimerowej.
• Bardziej wytrzymałe spoiwo może tolerować niższe ładunki wypełniaczy mineralnych bez poświęcania stabilności termicznej.

6. Udoskonalenie technik dyspersji i mieszania

• Wykorzystanie mieszania wysokoobrotowego lub dyspersja ultradźwiękowa do rozbijania aglomeratów ATH.
• Dodaj niewielką ilość modyfikatora reologii (np. zagęszczacza asocjacyjnego), aby ustabilizować preparaty o niskiej lepkości i wysokiej zawartości wypełniacza.
• Lepsza jednorodność dyspersji oznacza, że do utworzenia ciągłej bariery potrzeba mniej ATH.

Porównanie strategii

Zastąpienie styrenu-akrylu (S/A) octanem-etylenem winylu (VAE) w dyspersjach wypełnionych ATH

Zamiana spoiwa styrenowo-akrylowego na dyspersję VAE zmienia właściwości błonotwórcze, kompatybilność wypełniacza, reologię i profil środowiskowy. Rozważ poniższy punkt, aby zrozumieć te zmiany i jak zmienić formulację.

Tworzenie filmu i mechanika spoiwa

Filmy styrenowo-akrylowe tworzą się w wyższych minimalnych temperaturach tworzenia filmu (MFFT), polegając na koalescentach w celu uplastycznienia cząstek polimeru. Z kolei polimery VAE wykorzystują wodę jako tymczasowy plastyfikator: pomimo stosunkowo wysokiej temperatury zeszklenia (Tg), koalescencja następuje w znacznie niższych temperaturach bez dodatku rozpuszczalników.

Ta hydroplastyfikacja oznacza:

• Brak lub ograniczone wymagania dotyczące koalescencji
• Szybsze schnięcie w warunkach otoczenia
• Potencjalne oszczędności na plastyfikatorach o niskiej zawartości LZO

Kompatybilność z ATH i dyspersją wypełniacza

Wyższa polarność VAE poprawia zwilżanie hydrofilowych wypełniaczy, takich jak ATH. Poprawione powinowactwo polimer-wypełniacz może:

• Zapotrzebowanie na spoiwo termokurczliwe do powlekania powierzchni ATH
• Promują drobniejszą dyspersję, zmniejszając aglomerację
• Potencjalne zmniejszenie obciążenia ATH o 5-15% w celu uzyskania takiego samego efektu bariery.

Konieczne może być jednak dostosowanie systemów środków powierzchniowo czynnych i stabilizatorów pH w celu utrzymania długoterminowej stabilności dyspersji.

Właściwości ognioodporne i termiczne

ATH nadaje ognioodporność poprzez endotermiczne uwalnianie wody. Zastąpienie S/A przez VAE:

• Nie zmienia podstawowego sposobu działania ATH
• Może zmieniać przyczepność węgla: Zwęgiel VAE może być bardziej miękki, wymagając środków wspomagających zwęglanie (np. boranu cynku) dla uzyskania optymalnej integralności.
• Może wymagać ponownej oceny wskaźników UL 94, LOI lub kalorymetru stożkowego, ponieważ matryca polimerowa wpływa na kapanie i zachowanie po płomieniu.

Zaplanuj testy TGA i testy ogniowe na małą skalę, aby zweryfikować synergię z wybraną strategią redukcji ATH.

Reologia, przetwarzalność i właściwości mechaniczne

Kluczowe zmiany reologiczne obejmują:

• Niższa lepkość przy równoważnych substancjach stałych - dyspersje VAE często łatwiej płyną pod wpływem ścinania.
• Zwiększona odporność na zamrażanie i rozmrażanie podczas przechowywania i transportu w zbiornikach
• Kompromisy mechaniczne: Folie VAE mogą być bardziej elastyczne, ale mniej odporne na ścieranie niż S/A

Aby to zrekompensować, należy rozważyć zastosowanie zagęszczaczy asocjacyjnych lub mikronizowanych dodatków woskowych w celu dostosowania odporności na ugięcia i blokowanie.

Wpływ na środowisko i przepisy

Dyspersje VAE mają zazwyczaj bardzo niską emisję LZO i są zasadniczo bezwonne - idealne do zastosowań wewnętrznych i rygorystycznych przepisów. Ponadto:

• Zmniejszenie zależności od rozpuszczalników koalescencyjnych (mniej substancji organicznych unoszących się w powietrzu)
• Często pozwalają na niższe obciążenie biocydem ze względu na łagodniejsze wymagania dotyczące pH
• Zgodność ze standardami zielonego budownictwa i oznakowania ekologicznego