Анализа и оптимизација формулације отпорне на пламен за ПВЦ премазе

Анализа и оптимизација формулације отпорне на пламен за ПВЦ премазе

Клијент производи ПВЦ шаторе и потребно му је да нанесе премаз за успоравање пламена. Тренутна формула се састоји од 60 делова ПВЦ смоле, 40 делова ТОTM-а, 30 делова алуминијум хипофосфита (са 40% садржаја фосфора), 10 делова MCA, 8 делова цинк бората, заједно са дисперзантима. Међутим, перформансе успоравања пламена су лоше, а дисперзија успоривача пламена је такође неадекватна. У наставку је анализа разлога и предложено прилагођавање формуле.

I. Основни разлози за лошу отпорност на пламен

1. Неуравнотежен систем успоривача пламена са слабим синергијским ефектима

• Прекомерни алуминијум хипофосфит (30 делова):
  Иако је алуминијум хипофосфит ефикасан успоривач горења на бази фосфора (садржај фосфора 40%), прекомерно додавање (>25 делова) може довести до:
• Нагло повећање вискозности система, што отежава дисперзију и формира агломериране вруће тачке које убрзавају сагоревање („ефекат фитиља“).
• Смањена жилавост материјала и ослабљена својства формирања филма због прекомерне количине неорганског пунила.
• Висок садржај MCA (10 делова):
  МЦА (на бази азота) се обично користи као синергист. Када доза пређе 5 делова, тежи да мигрира ка површини, засићујући ефикасност успоривача пламена и потенцијално ометајући друге успориваче пламена.
• Недостатак кључних синергиста:
  Иако цинк борат има ефекте сузбијања дима, одсуство једињења на бази антимона (нпр. антимон триоксид) или металних оксида (нпр. алуминијум хидроксид) спречава формирање синергистичког система „фосфор-азот-антимон“, што резултира недовољном отпорношћу на пламен у гасној фази.

2. Неслагање између избора пластификатора и циљева отпорности на пламен

• ТОТМ (триоктил тримелитат) има ограничену отпорност на пламен:
  TOTM се истиче у отпорности на топлоту, али је далеко мање ефикасан у успоравању пламена у поређењу са фосфатним естрима (нпр. TOTP). За примене са високом отпорношћу на пламен, као што су премази за шаторе, TOTM не може да обезбеди довољне могућности загревања и отпорности на кисеоник.
• Недовољно укупно пластификатора (само 40 делова):
  ПВЦ смоли је обично потребно 60–75 делова пластификатора за потпуну пластификацију. Низак садржај пластификатора доводи до високе вискозности растопљеног материјала, што додатно погоршава проблеме са дисперзијом успоривача пламена.

3. Неефикасан систем дисперзије што доводи до неравномерне расподеле успоривача пламена

• Тренутни дисперзантни агент може бити опште намене (нпр. стеаринска киселина или ПЕ восак), који је неефикасан за неорганске успориваче горења високог оптерећења (алуминијум хипофосфит + цинк борат укупно 48 делова), узрокујући:
• Агломерација честица успоривача пламена, стварајући локализоване слабе тачке у премазу.
• Слаб проток растопљеног материјала током обраде, што ствара топлоту смицања која изазива прерано распадање.

4. Лоша компатибилност између успоривача пламена и ПВЦ-а

• Неоргански материјали попут алуминијум хипофосфита и цинк бората имају значајне разлике у поларности са ПВЦ-ом. Без модификације површине (нпр. силанских средстава за купловање), долази до раздвајања фаза, што смањује ефикасност успоравања пламена.

II. Приступ основном дизајну

1. Замените примарни пластификатор са TOTP

• Искористите његову одличну унутрашњу отпорност на пламен (садржај фосфора ≈9%) и пластификујући ефекат.

2. Оптимизујте односе и синергију успоривача пламена

• Задржати алуминијум хипофосфит као основни извор фосфора, али значајно смањити његову дозу како би се побољшала дисперзија и минимизирао „ефекат фитиља“.
• Задржати цинк борат као кључни синергист (поспешује угљенисање и сузбијање дима).
• Задржати MCA као синергист азота, али смањити његову дозу да би се спречила миграција.
• Представљањеултрафини алуминијум хидроксид (ATH)као мултифункционална компонента:
• Отпорност на пламен:Ендотермна разградња (дехидратација), хлађење и разблаживање запаљивих гасова.
• Сузбијање дима:Значајно смањује стварање дима.
• Пунило:Смањује трошкове (у поређењу са другим успоривачима пламена).
• Побољшана дисперзија и проток (ултрафини квалитет):Лакше се диспергује од конвенционалног ATH-а, минимизирајући повећање вискозности.

3. Јака решења за проблеме дисперзије

• Значајно повећајте садржај пластификатора:Обезбедите потпуну ПВЦ пластификацију и смањите вискозност система.
• Користите високоефикасне супердисперзанте:Посебно дизајниран за високо оптерећене, лако агломерисане неорганске прахове (алуминијум хипофосфит, ATH).
• Оптимизујте обраду (претходно мешање је кључно):Обезбедите темељно влажење и дисперзију успоривача пламена.

4. Обезбедите основну стабилност обраде

• Додајте довољно стабилизатора топлоте и одговарајућих мазива.

III. Ревидирана формула ПВЦ-а отпорног на пламен

IV. Напомене о формулама и кључне тачке

1. TOTP је основна фондација

• 65–75 деловаосигурава:
• Потпуна пластификација: ПВЦ-у је потребна довољна количина пластификатора за формирање меког, континуираног филма.
• Смањење вискозности: Кључно за побољшање дисперзије неорганских успоривача пламена високог оптерећења.
• Унутрашња отпорност на пламен: Сам TOTP је веома ефикасан пластификатор отпоран на пламен.

2. Синергија успоравања пламена

• Синергија PNB-Al:Алуминијум хипофосфит (P) + MCA (N) пружају синергију базног PN. Цинк борат (B, Zn) побољшава угљенисање и сузбијање дима. Ултрафини ATH (Al) нуди масивно ендотермно хлађење и сузбијање дима. TOTP такође доприноси фосфору. Ово ствара вишеелементни синергијски систем.
• Улога АТХ-а:25–35 делова ултрафиног ATH је главни допринос успоравању пламена и сузбијању дима. Његово ендотермно распадање апсорбује топлоту, док ослобођена водена пара разблажује кисеоник и запаљиве гасове.Ултрафини и површински третирани АТХ је кључанкако би се смањио утицај вискозности и побољшала компатибилност са ПВЦ-ом.
• Редуковани алуминијум хипофосфит:Смањено са 30 на 15–20 делова како би се смањило оптерећење система уз очување доприноса фосфора.
• Смањена МЦА:Смањено са 10 на 4–6 делова како би се спречила миграција.

3. Раствор за дисперзију – кључно за успех

• Супердисперзантно средство (3–4 дела):Неопходно за руковање системом високог оптерећења (50–70 делова укупно неорганских пунила!), који се тешко диспергује (алуминијум хипофосфит + ултрафини ATH + цинк борат).Обична дисперзантна средства (нпр. калцијум стеарат, ПЕ восак) нису довољна!Инвестирајте у високоефикасне супердисперзанте и користите одговарајуће количине.
• Садржај пластификатора (65–75 делова):Као и горе наведено, смањује укупну вискозност, стварајући боље окружење за дисперзију.
• Лубриканти (1–2 дела):Комбинација унутрашњих/спољашњих мазива обезбеђује добар проток током мешања и премазивања, спречавајући лепљење.

4. Обрада – Строги протокол претходног мешања

• Корак 1 (Суво мешање неорганских прахова):
• Додати алуминијум хипофосфит, ултрафини ATH, цинк борат, MCA и све супердисперзанте у миксер велике брзине.
• Мешати на 80–90°C током 8–10 минута. Циљ: Осигурати да супердисперзантно средство потпуно прекрије сваку честицу, разбијајући агломерате.Време и температура су кључни!
• Корак 2 (Формирање каше):
• Додајте већину TOTP-а (нпр. 70–80%), све стабилизаторе топлоте и унутрашња мазива у смешу из корака 1.
• Мешати на температури од 90–100°C током 5–7 минута да би се формирала уједначена, течна каша отпорна на пламен. Уверити се да су прахови потпуно навлажени пластификаторима.
• Корак 3 (Додајте ПВЦ и преостале компоненте):
• Додати ПВЦ смолу, преостали ТОТП, спољна мазива (и антиоксиданте/УВ стабилизаторе, ако су додати у овој фази).
• Мешати на температури од 100–110°C током 7–10 минута док се не постигне „сува тачка“ (слободно тече, без грудвица).Избегавајте прекомерно мешање како бисте спречили деградацију ПВЦ-а.
• Хлађење:Испразните и охладите смешу на <50°C да бисте спречили стварање грудвица.

5. Накнадна обрада

• Користите охлађену суву смесу за каландрирање или премазивање.
• Строго контролишите температуру обраде (препоручена температура топљења ≤170–175°C) како бисте избегли квар стабилизатора или прерано разлагање успоривача горења (нпр. ATH).

V. Очекивани резултати и мере предострожности

• Отпорност на пламен:У поређењу са оригиналном формулом (TOTM + високоалуминијумски хипофосфит/MCA), ова ревидирана формула (TOTP + оптимизовани односи P/N/B/Al) требало би значајно да побољша отпорност на пламен, посебно код вертикалног сагоревања и сузбијања дима. Циљајте стандарде попут CPAI-84 за шаторе. Кључни тестови: ASTM D6413 (вертикално сагоревање).
• Дисперзија:Супердисперзант + висок пластификатор + оптимизовано претходно мешање требало би значајно да побољша дисперзију, смањујући агломерацију и побољшавајући уједначеност премаза.
• Обрадивост:Адекватан TOTP и мазива треба да обезбеде глатку обраду, али пратите вискозност и лепљивост током стварне производње.
• Цена:TOTP и супердисперзанти су скупи, али редуковани алуминијум хипофосфит и MCA надокнађују неке трошкове. ATH је релативно јефтин.

Критични подсетници:

• Прво мала испитивања!Тестирајте у лабораторији и прилагодите на основу стварних материјала (посебно перформанси ATH и супердисперзанта) и опреме.
• Избор материјала:
• АТХ:Морају се користити ултрафине (D50 ≤2µm), површински третиране (нпр. силаном) врсте. За препоруке компатибилности са PVC-ом, консултујте добављаче.
• Супердисперзанти:Морају се користити високо ефикасни типови. Обавестити добављаче о примени (PVC, неорганска пунила високог оптерећења, отпорност на пламен без халогена).
• ТОТП:Обезбедите висок квалитет.
• Тестирање:Спровести ригорозне тестове отпорности на пламен према циљаним стандардима. Такође проценити отпорност на старење/водоотпорност (кључно за шаторе за спољашње зрачење!). УВ стабилизатори и антиоксиданси су неопходни.

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