Konverzija formulacije za PVC kožu bez halogena koja usporava plamen

Konverzija formulacije za PVC kožu bez halogena koja usporava plamen

Uvod

Klijent proizvodi PVC kožu otpornu na plamen i prethodno korišteni antimonov trioksid (Sb₂O₃). Sada im je cilj eliminirati Sb₂O₃ i prijeći na usporivače plamena bez halogena. Trenutna formulacija uključuje PVC, DOP, EPOKSI, BZ-500, ST, HICOAT-410 i antimon. Prelazak s formulacije PVC kože na bazi antimona na sustav usporivača plamena bez halogena predstavlja značajno tehnološko unapređenje. Ova promjena ne samo da je u skladu sa sve strožim propisima o zaštiti okoliša (npr. RoHS, REACH), već i poboljšava „zeleni“ imidž proizvoda i konkurentnost na tržištu.

Ključni izazovi

1. Gubitak sinergijskog učinka:
   • Sb₂O₃ sam po sebi nije jak usporivač gorenja, ali pokazuje izvrsne sinergijske učinke usporavanja gorenja s klorom u PVC-u, značajno poboljšavajući učinkovitost. Uklanjanje antimona zahtijeva pronalazak alternativnog sustava bez halogena koji replicira ovu sinergiju.
2. Učinkovitost usporavanja plamena:
   • Usporivači gorenja bez halogena često zahtijevaju veća opterećenja kako bi se postigle ekvivalentne ocjene usporavanja gorenja (npr. UL94 V-0), što može utjecati na mehanička svojstva (mekoću, vlačnu čvrstoću, istezanje), performanse obrade i cijenu.
3. Karakteristike PVC kože:
   • PVC koža zahtijeva izvrsnu mekoću, osjećaj na dodir, površinsku obradu (utiskivanje, sjaj), otpornost na vremenske uvjete, otpornost na migraciju i fleksibilnost na niskim temperaturama. Nova formulacija mora održati ili gotovo ispuniti ta svojstva.
4. Performanse obrade:
   • Visoke količine punila bez halogena (npr. ATH) mogu utjecati na tok taline i stabilnost obrade.
5. Troškovi:
   • Neki visokoučinkoviti usporivači gorenja bez halogena su skupi, što zahtijeva ravnotežu između performansi i cijene.

Strategija odabira za sustave usporavanja gorenja bez halogena (za PVC umjetnu kožu)

1. Primarni usporivači gorenja – metalni hidroksidi

• Aluminijev trihidroksid (ATH):
  • Najčešći, isplativi.
  • Mehanizam: Endotermna razgradnja (~200°C), oslobađajući vodenu paru koja razrjeđuje zapaljive plinove i kisik, a istovremeno stvara zaštitni površinski sloj.
  • Nedostaci: Niska učinkovitost, potrebno veliko opterećenje (40–70 phr), značajno smanjuje mekoću, istezanje i obradivost; temperatura razgradnje je niska.
• Magnezijev hidroksid (MDH):
  • Viša temperatura razgradnje (~340°C), pogodnija za obradu PVC-a (160–200°C).
  • Nedostaci: Potrebna su slična visoka opterećenja (40–70 phr); nešto viša cijena od ATH; može imati veću apsorpciju vlage.

Strategija:

• Dajte prednost MDH-u ili mješavini ATH/MDH (npr. 70/30) kako biste uravnotežili troškove, prilagodljivost temperaturi obrade i usporavanje plamena.
• Površinski obrađen (npr. silanom spojen) ATH/MDH poboljšava kompatibilnost s PVC-om, ublažava degradaciju svojstava i poboljšava usporavanje plamena.

2. Sinergisti usporivača plamena

Za smanjenje primarnih opterećenja usporivačima gorenja i poboljšanje učinkovitosti, sinergisti su neophodni:

• Fosforno-dušikovi usporivači gorenja: Idealni za PVC sustave bez halogena.
  • Amonijev polifosfat (APP): Potiče ugljenisanje, stvarajući intumescentni izolacijski sloj.
    • Napomena: Koristite vrste otporne na visoke temperature (npr. faza II, >280 °C) kako biste izbjegli raspadanje tijekom obrade. Neki APP-ovi mogu utjecati na prozirnost i vodootpornost.
  • Aluminijev dietilfosfinat (ADP): Visoko učinkovit, nisko opterećenje (5–20 phr), minimalan utjecaj na svojstva, dobra toplinska stabilnost.
    • Nedostatak: Viši trošak.
  • Fosfatni esteri (npr. RDP, BDP, TCPP): Djeluju kao plastifikatori i usporivači gorenja.
    • Prednosti: Dvostruka uloga (plastifikator + usporivač gorenja).
    • Nedostaci: Male molekule (npr. TCPP) mogu migrirati/isparavati; RDP/BDP imaju nižu učinkovitost plastificiranja od DOP-a i mogu smanjiti fleksibilnost na niskim temperaturama.
• Cinkov borat (ZB):
  • Jeftin, višenamjenski (usporivač gorenja, suzbija dim, promotor ugljenisanja, protiv kapanja). Dobro se slaže s ATH/MDH i fosfor-dušik sustavima. Tipično punjenje: 3–10 phr.
• Cinkov stanat/hidroksi stanat:
  • Izvrsna sredstva za suzbijanje dima i sinergisti usporavanja plamena, posebno za polimere koji sadrže klor (npr. PVC). Može djelomično zamijeniti sinergijsku ulogu antimona. Tipično punjenje: 2–8 phr.
• Spojevi molibdena (npr. MoO₃, amonijev molibdat):
  • Jaka sredstva za suzbijanje dima sa sinergijom usporivača plamena. Tipično punjenje: 2–5 phr.
• Nano punila (npr. nanoglina):
  • Niska opterećenja (3–8 phr) poboljšavaju usporavanje plamena (stvaranje ugljena, smanjena brzina oslobađanja topline) i mehanička svojstva. Disperzija je ključna.

3. Sredstva za suzbijanje dima

PVC proizvodi gusti dim tijekom izgaranja. Formulacije bez halogena često zahtijevaju suzbijanje dima. Spojevi cinkovog borata, cinkovog stanata i molibdena izvrstan su izbor.

Predložena formulacija usporivača gorenja bez halogena (na temelju originalne formulacije klijenta)

Cilj: Postići UL94 V-0 (1,6 mm ili deblji) uz zadržavanje mekoće, obradivosti i ključnih svojstava.

Pretpostavke:

• Izvorna formulacija:
  • DOP: 50–70 phr (plastifikator).
  • ST: Vjerojatno stearinska kiselina (lubrikant).
  • HICOAT-410: Ca/Zn stabilizator.
  • BZ-500: Vjerojatno mazivo/pomoćno sredstvo za obradu (za potvrdu).
  • EPOKSI: Epoksidirano sojino ulje (kostabilizator/plastifikator).
  • Antimon: Sb₂O₃ (treba ukloniti).

1. Preporučeni okvir formulacije (po 100 phr PVC smole)

2. Primjer formulacije (zahtijeva optimizaciju)

Kritični koraci implementacije

1. Potvrdite detalje sirovine:
   • Razjasniti kemijske identiteteBZ-500iST(pogledajte tehničke listove dobavljača).
   • Provjerite točna opterećenjaDirektor fotografije,EPOKSIiHICOAT-410.
   • Definirajte zahtjeve klijenta: Ciljana usporavanje plamena (npr. debljina prema UL94), mekoća (tvrdoća), primjena (automobilska industrija, namještaj, torbe?), posebne potrebe (otpornost na hladnoću, UV stabilnost, otpornost na habanje?), ograničenja troškova.
2. Odaberite specifične vrste usporivača gorenja:
   • Zatražite od dobavljača uzorke usporivača gorenja bez halogena, prilagođene za PVC kožu.
   • Dajte prednost površinski tretiranim ATH/MDH za bolju disperziju.
   • Za APP koristite vrste otporne na visoke temperature.
   • Za fosfatne estere, radi niže migracije, preferirajte RDP/BDP u odnosu na TCPP.
3. Testiranje i optimizacija u laboratoriju:
   • Pripremite male serije s različitim opterećenjima (npr. prilagodite omjere MDH/APP/ZB/ZS).
   • Miješanje: Za jednoliku disperziju koristite miksere velike brzine (npr. Henschel). Prvo dodajte tekućine (plastifikatore, stabilizatore), a zatim prahove.
   • Probna obrada: Ispitivanje na proizvodnoj opremi (npr. Banbury mikser + kalandriranje). Praćenje vremena plastifikacije, viskoznosti taline, momenta, kvalitete površine.
   • Testiranje performansi:
     • Otpornost na plamen: UL94, LOI.
     • Mehanička svojstva: Tvrdoća (Shore A), vlačna čvrstoća, istezanje.
     • Mekoća/osjećaj na dodir: Subjektivni + testovi tvrdoće.
     • Fleksibilnost na niskim temperaturama: Ispitivanje hladnog savijanja.
     • Termička stabilnost: test s Kongo crvenilom.
     • Izgled: Boja, sjaj, utiskivanje.
     • (Neobavezno) Gustoća dima: NBS dimna komora.
4. Rješavanje problema i balansiranje:

5. Pilot i proizvodnja: Nakon optimizacije laboratorija, provedite pilot ispitivanja kako biste provjerili stabilnost, konzistentnost i troškove. Povećajte skalu tek nakon validacije.

Zaključak

Prijelaz s PVC kože na bazi antimona na bezhalogenu, vatrootpornu, je izvediv, ali zahtijeva sustavni razvoj. Osnovni pristup kombinira metalne hidrokside (po mogućnosti površinski obrađeni MDH), sinergiste fosfora i dušika (APP ili ADP) i višenamjenska sredstva za suzbijanje dima (cinkov borat, cinkov stanat). Istovremeno, ključna je optimizacija plastifikatora, stabilizatora, maziva i pomoćnih sredstava za obradu.

Ključevi uspjeha:

1. Definirajte jasne ciljeve i ograničenja (otpornost na plamen, svojstva, trošak).
2. Odaberite provjerene usporivače gorenja bez halogena (površinski obrađena punila, visokotemperaturni APP).
3. Provesti rigorozna laboratorijska ispitivanja (otpornost na plamen, svojstva, obrada).
4. Osigurati ujednačeno miješanje i kompatibilnost procesa.

   More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com