Formulacija usporivača plamena bez halogena za TPU sustav premaza korištenjem DMF otapala
Za TPU premazne sustave koji koriste dimetil formamid (DMF) kao otapalo, upotreba aluminijevog hipofosfita (AHP) i cinkovog borata (ZB) kao usporivača gorenja zahtijeva sustavnu evaluaciju. U nastavku slijedi detaljna analiza i plan provedbe:
I. Analiza izvodljivosti aluminijevog hipofosfita (AHP)
1. Mehanizam i prednosti usporavanja plamena
- Mehanizam:
- Razgrađuje se na visokim temperaturama stvarajući fosfornu i metafosfornu kiselinu, što potiče stvaranje ugljena u TPU-u (usporavanje plamena kondenzirane faze).
- Oslobađa PO· radikale kako bi prekinuo lančane reakcije izgaranja (usporavanje plamena u plinskoj fazi).
- Prednosti:
- Bez halogena, malo dima, niska toksičnost, u skladu s RoHS/REACH propisima.
- Dobra toplinska stabilnost (temperatura raspadanja ≈300°C), pogodno za procese sušenja TPU-a (obično <150°C).
2. Izazovi i rješenja primjene
| Izazov | Otopina |
| Slaba disperzija u DMF-u | Koristite površinski modificirani AHP (npr. silansko sredstvo za spajanje KH-550). Postupak preddisperzije: AHP u kugličnom mlinu s DMF-om i disperzantom (npr. BYK-110) do veličine čestica <5 μm. |
| Zahtjev za visoko punjenje (20-30%) | Sinergistička kombinacija s ZB-om ili melamin cijanuratom (MCA) za smanjenje ukupnog opterećenja na 15-20%. |
| Smanjena prozirnost premaza | Koristite AHP nano veličine (veličina čestica <1 μm) ili ga pomiješajte s prozirnim usporivačima gorenja (npr. organskim fosfatima). |
3. Preporučena formulacija i postupak
- Primjer formulacije:
- TPU/DMF baza: 100 phr
- Površinski modificirani AHP: 20 phr
- Cinkov borat (ZB): 5 phr (sinergija suzbijanja dima)
- Disperzant (BYK-110): 1,5 phr
- Ključne točke procesa:
- Prethodno pomiješajte AHP s disperzantom i djelomičnim DMF-om pod visokim smicanjem (≥3000 rpm, 30 min), a zatim pomiješajte s TPU suspenzijom.
- Sušenje nakon nanošenja premaza: 120-150°C, produžiti vrijeme za 10% kako bi se osiguralo potpuno isparavanje DMF-a.
II. Analiza izvodljivosti cinkovog borata (ZB)
1. Mehanizam i prednosti usporavanja plamena
- Mehanizam:
- Na visokim temperaturama formira stakleni sloj B₂O₃, blokirajući kisik i toplinu (usporavanje plamena kondenzirane faze).
- Oslobađa vezanu vodu (~13%), razrjeđuje zapaljive plinove i hladi sustav.
- Prednosti:
- Snažan sinergijski učinak s AHP-om ili aluminijevim trihidroksidom (ATH).
- Izvrsno suzbijanje dima, idealno za primjene s niskim udjelom dima.
2. Izazovi i rješenja primjene
| Izazov | Otopina |
| Slaba stabilnost disperzije | Koristite ZB nano veličine (<500 nm) i sredstva za vlaženje (npr. TegoDispers 750W). |
| Niska učinkovitost usporavanja plamena (potrebno veliko punjenje) | Koristi se kao sinergist (5-10%) s primarnim usporivačima gorenja (npr. AHP ili organski fosfor). |
| Smanjena fleksibilnost premaza | Kompenzirajte plastifikatorima (npr. DOP ili poliester polioli). |
3. Preporučena formulacija i postupak
- Primjer formulacije:
- TPU/DMF baza: 100 phr
- Nano-veličina ZB: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Sredstvo za vlaženje (Tego 750W): 1 phr
- Ključne točke procesa:
- Prije miješanja sa suspenzijom TPU-a, ZB prethodno dispergirati u DMF-u mljevenjem kuglica (veličina čestica ≤2 μm).
- Produžite vrijeme sušenja (npr. 30 min) kako biste izbjegli utjecaj preostale vlage na usporavanje plamena.
III. Sinergijska evaluacija AHP + ZB sustava
1. Sinergijski učinci usporavanja plamena
- Sinergija plinovite i kondenzirane faze:
- AHP osigurava fosfor za ugljenisanje, dok ZB stabilizira sloj ugljena i potiskuje naknadno sjajenje.
- Kombinirani LOI: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) ostvarivo.
- Suzbijanje dima:
- ZB smanjuje emisiju dima za >50% (test konusnim kalorimetrom).
2. Preporuke za uravnoteženje performansi
- Kompenzacija mehaničkih svojstava:
- Dodajte 2-3% TPU plastifikatora (npr. polikaprolakton poliol) kako biste održali fleksibilnost (istezanje >300%).
- Koristite ultrafine prahove (AHP/ZB <2μm) kako biste smanjili gubitak vlačne čvrstoće.
- Kontrola stabilnosti procesa:
- Održavajte viskoznost suspenzije na 2000-4000 cP (Brookfield RV, vreteno 4, 20 o/min) za jednolično nanošenje premaza.
IV. Usporedba s tekućim usporivačima gorenja na bazi otapala
| Parametar | AHP + ZB sustav | Tekući fosfor-dušik FR (npr. Levagard 4090N) |
| Učitavanje | 20-30% | 15-25% |
| Teškoća raspršenja | Zahtijeva prethodnu obradu (visoko smicanje/modifikacija površine) | Izravno otapanje, nije potrebna disperzija |
| Trošak | Nisko (~3-5 USD/kg) | Visoka (~10-15 USD/kg) |
| Utjecaj na okoliš | Bez halogena, niska toksičnost | Može sadržavati halogene (ovisno o proizvodu) |
| Prozirnost premaza | Poluprozirno do neprozirno | Visoko transparentno |
V. Preporučeni koraci implementacije
- Testiranje u laboratoriju:
- Procijenite AHP/ZB pojedinačno i u kombinaciji (gradijentno opterećenje: 10%, 15%, 20%).
- Procijenite stabilnost disperzije (bez sedimentacije nakon 24 sata), promjene viskoznosti i ujednačenost premaza.
- Validacija pilot-projekta:
- Optimizirajte uvjete sušenja (vrijeme/temperatura) i testirajte usporavanje plamena (UL94, LOI) i mehanička svojstva.
- Usporedite troškove: Ako AHP+ZB smanji troškove za >30% u odnosu na tekuće FR-ove, ekonomski je isplativ.
- Priprema za povećanje:
- Surađujte s dobavljačima na razvoju prethodno dispergiranih AHP/ZB masterbatcheva (na bazi DMF-a) za pojednostavljenu proizvodnju.
VI. Zaključak
S kontroliranim procesima disperzije, AHP i ZB mogu poslužiti kao učinkoviti usporivači gorenja za TPU/DMF premaze, pod uvjetom da:
- Modifikacija površine + disperzija pri visokim smičnim silamaprimjenjuje se kako bi se spriječilo nakupljanje čestica.
- AHP (primarni) + ZB (sinergist)uravnotežuje učinkovitost i troškove.
- Zavisoka transparentnost/fleksibilnostzahtjevima, tekući fosforno-dušikovi FR (npr. Levagard 4090N) ostaju poželjniji.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO i REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Vrijeme objave: 22. svibnja 2025.
