Analiza i optimizacija formulacije usporivača gorenja za PVC premaze

Analiza i optimizacija formulacije usporivača gorenja za PVC premaze

Klijent proizvodi PVC šatore i treba nanijeti premaz za usporavanje gorenja. Trenutna formula sastoji se od 60 dijelova PVC smole, 40 dijelova TOTM-a, 30 dijelova aluminijevog hipofosfita (s 40% udjela fosfora), 10 dijelova MCA, 8 dijelova cinkovog borata, zajedno s disperzantima. Međutim, performanse usporavanja gorenja su slabe, a disperzija usporivača gorenja je također neadekvatna. U nastavku slijedi analiza razloga i predložena prilagodba formule.

I. Glavni razlozi loše otpornosti na plamen

1. Neuravnotežen sustav usporavanja plamena sa slabim sinergijskim učincima

• Prekomjerni aluminijev hipofosfit (30 dijelova):
  Iako je aluminijev hipofosfit učinkovito sredstvo za usporavanje gorenja na bazi fosfora (40% sadržaja fosfora), prekomjerno dodavanje (>25 dijelova) može dovesti do:
• Naglo povećanje viskoznosti sustava, što otežava disperziju i stvara aglomerirane vruće točke koje ubrzavaju gorenje („efekt fitilja“).
• Smanjena žilavost materijala i narušena svojstva stvaranja filma zbog prekomjerne količine anorganskog punila.
• Visok sadržaj MCA (10 dijelova):
  MCA (na bazi dušika) se obično koristi kao sinergist. Kada doza prelazi 5 dijelova, sklon je migraciji na površinu, smanjujući učinkovitost usporivača gorenja i potencijalno interferirajući s drugim usporivačima gorenja.
• Nedostatak ključnih sinergista:
  Iako cinkov borat ima učinke suzbijanja dima, odsutnost spojeva na bazi antimona (npr. antimonov trioksid) ili metalnih oksida (npr. aluminijev hidroksid) sprječava stvaranje sinergijskog sustava „fosfor-dušik-antimon“, što rezultira nedovoljnim usporavanjem plamena u plinovitoj fazi.

2. Neusklađenost između odabira plastifikatora i ciljeva usporavanja plamena

• TOTM (trioktil trimelitat) ima ograničenu otpornost na plamen:
  TOTM se ističe u otpornosti na toplinu, ali je daleko manje učinkovit u usporavanju plamena u usporedbi s fosfatnim esterima (npr. TOTP). Za primjene s visokom usporavanjem plamena poput premaza za šatore, TOTM ne može pružiti dovoljne sposobnosti ugljenisanja i zaštite od kisika.
• Nedovoljno ukupnih plastifikatora (samo 40 dijelova):
  PVC smoli obično je potrebno 60-75 dijelova plastifikatora za potpunu plastifikaciju. Nizak sadržaj plastifikatora dovodi do visoke viskoznosti taline, što dodatno pogoršava probleme s disperzijom usporivača gorenja.

3. Neučinkovit sustav disperzije što dovodi do neravnomjerne distribucije usporivača plamena

• Trenutni disperzant može biti opće namjene (npr. stearinska kiselina ili PE vosak), koji je neučinkovit za anorganske usporivače gorenja visokog opterećenja (aluminijev hipofosfit + cinkov borat ukupno 48 dijelova), uzrokujući:
• Aglomeracija čestica usporivača gorenja, stvarajući lokalizirane slabe točke u premazu.
• Slab tok taline tijekom obrade, što stvara toplinu smicanja koja uzrokuje prerano raspadanje.

4. Loša kompatibilnost između usporivača gorenja i PVC-a

• Anorganski materijali poput aluminijevog hipofosfita i cinkovog borata imaju značajne razlike u polarnosti s PVC-om. Bez modifikacije površine (npr. silanskih sredstava za spajanje) dolazi do odvajanja faza, što smanjuje učinkovitost usporavanja plamena.

II. Pristup osnovnom dizajnu

1. Zamijenite primarni plastifikator s TOTP-om

• Iskoristite njegovu izvrsnu intrinzičnu otpornost na plamen (sadržaj fosfora ≈9%) i plastificirajući učinak.

2. Optimizirajte omjere i sinergiju usporivača gorenja

• Zadržite aluminijev hipofosfit kao glavni izvor fosfora, ali značajno smanjite njegovu dozu kako biste poboljšali disperziju i smanjili "efekt fitilja".
• Zadržite cinkov borat kao ključni sinergist (pospješuje ugljenisanje i suzbijanje dima).
• Zadržite MCA kao sinergist dušika, ali smanjite njegovu dozu kako biste spriječili migraciju.
• Predstavitiultrafini aluminijev hidroksid (ATH)kao višenamjenska komponenta:
• Otpornost na plamen:Endotermna razgradnja (dehidracija), hlađenje i razrjeđivanje zapaljivih plinova.
• Suzbijanje dima:Značajno smanjuje stvaranje dima.
• Punilo:Smanjuje troškove (u usporedbi s drugim usporivačima gorenja).
• Poboljšana disperzija i protok (ultrafine kvalitete):Lakše se dispergira od konvencionalnog ATH-a, što minimizira porast viskoznosti.

3. Snažna rješenja za probleme disperzije

• Značajno povećati sadržaj plastifikatora:Osigurajte potpunu PVC plastifikaciju i smanjite viskoznost sustava.
• Koristite visokoučinkovite superdisperzante:Posebno dizajniran za visoko opterećene, lako aglomerirane anorganske prahove (aluminijev hipofosfit, ATH).
• Optimizirajte obradu (predmiješanje je ključno):Osigurajte temeljito vlaženje i raspršivanje usporivača gorenja.

4. Osigurajte osnovnu stabilnost obrade

• Dodajte dovoljno toplinskih stabilizatora i odgovarajućih maziva.

III. Revidirana formula PVC-a otpornog na plamen

IV. Napomene o formuli i ključne točke

1. TOTP je temeljna zaklada

• 65–75 dijelovaosigurava:
• Potpuna plastifikacija: PVC-u je potrebno dovoljno plastifikatora za stvaranje mekog, kontinuiranog filma.
• Smanjenje viskoznosti: Ključno za poboljšanje disperzije anorganskih usporivača gorenja visokih opterećenja.
• Intrinzična usporivač plamena: TOTP je sam po sebi vrlo učinkovit plastifikator usporivač plamena.

2. Sinergija usporavanja plamena

• Sinergija PNB-Al:Aluminijev hipofosfit (P) + MCA (N) pružaju sinergiju baznog PN-a. Cinkov borat (B, Zn) poboljšava pougljenje i suzbijanje dima. Ultrafini ATH (Al) nudi masivno endotermno hlađenje i suzbijanje dima. TOTP također doprinosi fosforu. To stvara višeelementni sinergijski sustav.
• Uloga ATH-a:25–35 dijelova ultrafinog ATH-a značajno doprinosi usporavanju plamena i suzbijanju dima. Njegova endotermna razgradnja apsorbira toplinu, dok oslobođena vodena para razrjeđuje kisik i zapaljive plinove.Ultrafini i površinski obrađeni ATH je ključankako bi se smanjio utjecaj viskoznosti i poboljšala kompatibilnost s PVC-om.
• Reducirani aluminijev hipofosfit:Smanjeno s 30 na 15–20 dijelova kako bi se smanjilo opterećenje sustava uz zadržavanje doprinosa fosfora.
• Smanjena MCA:Smanjeno s 10 na 4–6 dijelova kako bi se spriječila migracija.

3. Disperzijsko rješenje – ključno za uspjeh

• Superdisperzant (3–4 dijela):Neophodno za rukovanje visokoopterećenim (50-70 dijelova ukupno anorganskih punila!), teško dispergirajućim sustavom (aluminijev hipofosfit + ultrafini ATH + cinkov borat).Uobičajena disperzanta (npr. kalcijev stearat, PE vosak) nisu dovoljna!Investirajte u visokoučinkovite superdisperzante i koristite odgovarajuće količine.
• Sadržaj plastifikatora (65–75 dijelova):Kao i gore navedeno, smanjuje ukupnu viskoznost, stvarajući bolje okruženje za disperziju.
• Maziva (1–2 dijela):Kombinacija unutarnjih/vanjskih maziva osigurava dobar protok tijekom miješanja i premazivanja, sprječavajući lijepljenje.

4. Obrada – Strogi protokol prethodnog miješanja

• Korak 1 (Suho miješanje anorganskih prahova):
• U brzi mikser dodajte aluminijev hipofosfit, ultrafini ATH, cinkov borat, MCA i sve superdisperzante.
• Miješati na 80–90 °C tijekom 8–10 minuta. Cilj: Osigurati da superdisperzant u potpunosti prekrije svaku česticu, razbijajući aglomerate.Vrijeme i temperatura su ključni!
• Korak 2 (Stvaranje suspenzije):
• U smjesu iz 1. koraka dodajte većinu TOTP-a (npr. 70–80%), sve toplinske stabilizatore i unutarnja maziva.
• Miješajte na 90–100 °C tijekom 5–7 minuta kako biste dobili jednoličnu, tekuću suspenziju usporivača plamena. Osigurajte da su prašci potpuno navlaženi plastifikatorima.
• Korak 3 (Dodajte PVC i preostale komponente):
• Dodajte PVC smolu, preostali TOTP, vanjska maziva (i antioksidanse/UV stabilizatore, ako su dodani u ovoj fazi).
• Miješati na 100–110 °C 7–10 minuta dok se ne postigne „suha točka“ (slobodno sipanje, bez grudica).Izbjegavajte prekomjerno miješanje kako biste spriječili degradaciju PVC-a.
• Hlađenje:Ispraznite i ohladite smjesu na <50°C kako biste spriječili stvaranje grudica.

5. Naknadna obrada

• Ohlađenu suhu smjesu koristite za kalandriranje ili premazivanje.
• Strogo kontrolirajte temperaturu obrade (preporučena temperatura taline ≤170–175 °C) kako biste izbjegli kvar stabilizatora ili preranu razgradnju usporivača gorenja (npr. ATH).

V. Očekivani rezultati i mjere opreza

• Otpornost na plamen:U usporedbi s originalnom formulom (TOTM + visoki aluminijev hipofosfit/MCA), ova revidirana formula (TOTP + optimizirani omjeri P/N/B/Al) trebala bi značajno poboljšati usporavanje plamena, posebno u performansama vertikalnog gorenja i suzbijanju dima. Ciljajte standarde poput CPAI-84 za šatore. Ključna ispitivanja: ASTM D6413 (vertikalno gorenje).
• Disperzija:Superdisperzant + visoki plastifikator + optimizirano prethodno miješanje trebali bi uvelike poboljšati disperziju, smanjujući aglomeraciju i poboljšavajući ujednačenost premaza.
• Obradivost:Odgovarajući TOTP i maziva trebali bi osigurati nesmetanu obradu, ali pratiti viskoznost i lijepljenje tijekom stvarne proizvodnje.
• Cijena:TOTP i superdisperzanti su skupi, ali reducirani aluminijev hipofosfit i MCA nadoknađuju neke troškove. ATH je relativno jeftin.

Kritični podsjetnici:

• Prvo mala ispitivanja!Testirajte u laboratoriju i prilagodite na temelju stvarnih materijala (posebno performansi ATH-a i superdisperzanata) i opreme.
• Odabir materijala:
• ATH:Moraju se koristiti ultrafine (D50 ≤2µm), površinski obrađene (npr. silan) vrste. Za preporuke kompatibilne s PVC-om obratite se dobavljačima.
• Superdisperzanti:Moraju se koristiti visokoučinkovite vrste. Obavijestite dobavljače o primjeni (PVC, anorganska punila visokog opterećenja, usporivači plamena bez halogena).
• TOTP:Osigurajte visoku kvalitetu.
• Testiranje:Provedite rigorozna ispitivanja usporavanja plamena prema ciljanim standardima. Također procijenite otpornost na starenje/vodu (ključno za vanjske šatore!). UV stabilizatori i antioksidansi su neophodni.

More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com