熱硬化性アクリル系接着剤用難燃剤配合参考例
熱硬化性アクリル接着剤のUL94 V0難燃性要件を満たすために、既存の難燃剤の特性と熱硬化性システムの特殊性を考慮して、次の最適化された配合と主要な分析が提案されています。
I. 配合設計の原則と熱硬化性システムの要件
- 硬化温度に一致する必要があります（通常120～180℃）
- 難燃剤は高温処理に耐えなければならない（分解不良を避ける）
- 高架橋密度システムにおける分散安定性を確保
- 硬化後の機械的強度と難燃性効率のバランスをとる
II. 相乗的な難燃システム設計
難燃性機能と熱硬化性樹脂との適合性
| 難燃性 | 主な役割 | 熱硬化性樹脂との適合性 | 推奨ロード |
|---|---|---|---|
| 超微細ATH | 主なFR：吸熱脱水、気相希釈 | 表面改質（凝集防止）が必要 | ≤35%（過剰な負荷は架橋を減少させる） |
| 次亜リン酸アルミニウム | 共力剤：チャー触媒、ラジカル捕捉剤（PO·） | 分解温度 >300°C、硬化に適しています | 8～12% |
| ホウ酸亜鉛 | 炭化促進剤：ガラス質のバリアを形成し、煙を減らす | ATH（Al-BO char）と相乗効果を発揮します | 5～8% |
| MCA（メラミンシアヌレート） | ガス相FR：NH₃を放出し、燃焼を阻害する | 分解温度 250～300℃（硬化温度 <250℃） | 3～5％ |
III. 推奨配合量（重量％）
コンポーネント処理ガイドライン
| 成分 | 比率 | 主な処理に関する注意事項 |
|---|---|---|
| 熱硬化性アクリル樹脂 | 45～50% | 充填量が多い低粘度タイプ（エポキシアクリレートなど） |
| 表面改質ATH（D50 <5µm） | 25～30% | KH-550シランで前処理 |
| 次亜リン酸アルミニウム | 10～12% | ATHと予め混合し、バッチで追加 |
| ホウ酸亜鉛 | 6～8% | MCAを添加; 高せん断劣化を回避 |
| MCA | 4～5％ | 後期低速混合（<250°C） |
| 分散剤(BYK-2152+PEワックス) | 1.5～2% | 均一な充填剤分散を保証する |
| カップリング剤（KH-550） | 1% | ATH/次亜リン酸塩で前処理 |
| 硬化剤（BPO） | 1～2％ | 速硬化のための低温活性剤 |
| 沈降防止剤（アエロジルR202） | 0.5% | チキソトロピー性沈降防止 |
IV. 重要なプロセス管理
1. 分散プロセス
- 前処理：ATHおよび次亜リン酸塩を5％KH-550/エタノール溶液に浸漬（2時間、80℃乾燥）
- ミキシングシーケンス:
- 樹脂 + 分散剤 → 低速混合 → 改質ATH/次亜リン酸塩を添加 → 高速分散（2500 rpm、20分） → ホウ酸亜鉛/MCAを添加 → 低速混合（MCAの劣化を回避）
- 装置：プラネタリーミキサー（真空脱ガス）または3ロールミル（超微粉末用）
2. 硬化の最適化
- ステップ硬化：80°C/1時間（プレゲル）→140°C/2時間（ポストキュア、MCAの分解を避ける）
- 圧力制御：充填剤の沈降を防ぐため0.5～1MPa
3. 相乗効果のメカニズム
- ATH + 次亜リン酸塩: ラジカル(PO·)を消去しながらAlPO₄強化チャーを形成する
- ホウ酸亜鉛 + MCA: 気固二重バリア（NH₃希釈 + 溶融ガラス層）
V. パフォーマンスチューニング戦略
よくある問題と解決策
| 問題 | 根本的な原因 | 解決 |
|---|---|---|
| 滴り点火 | 低い溶融粘度 | MCAを5％に増やし、次亜リン酸塩を12％に増やすか、PTFEマイクロパウダーを0.5％追加します。 |
| 硬化後の脆さ | 過剰なATH負荷 | ATHを25%に減らし、ナノCaCO₃を5%（強化） |
| 貯留沈殿 | チキソトロピー性が低い | シリカを0.8％に増やすか、BYK-410に切り替える |
| LOI <28% | ガス相FRが不十分 | 2%のコーティングされた赤リンまたは1%のナノBNを加える |
VI. 検証メトリクス
- UL94 V0: 3.2 mmサンプル、総燃焼時間<50秒（綿の発火なし）
- LOI ≥30%（安全マージン）
- TGA 残留物 >25% (800°C、N₂)
- 機械的バランス：引張強度 >8 MPa、せん断強度 >6 MPa
重要なポイント
- 機械的な完全性を維持しながら V0 評価を達成します。
- スケールアップする前に小規模試験（50g）を推奨します。
- より高い性能を得るには、2～3% の DOPO 誘導体 (例: ホスファフェナントレン) を添加できます。
この配合により、加工性と最終使用時の性能を最適化しながら、厳格な難燃性基準への準拠が保証されます。
投稿日時: 2025年7月1日
