Конверзија формулације за ПВЦ кожу без халогена, отпорну на пламен
Увод
Клијент производи ПВЦ кожу отпорну на пламен и раније коришћени антимон триоксид (Sb₂O₃). Сада циљају да елиминишу Sb₂O₃ и пређу на средства за успоравање пламена без халогена. Тренутна формулација укључује ПВЦ, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 и антимон. Прелазак са формулације ПВЦ коже на бази антимона на систем за успоравање пламена без халогена представља значајно технолошко унапређење. Ова промена не само да је у складу са све строжим прописима о заштити животне средине (нпр. RoHS, REACH), већ и побољшава „зелени“ имиџ производа и његову конкурентност на тржишту.
Кључни изазови
- Губитак синергијског ефекта:
- Sb₂O₃ сам по себи није јак успоривач пламена, али показује одличне синергијске ефекте успоривања пламена са хлором у ПВЦ-у, значајно побољшавајући ефикасност. Уклањање антимона захтева проналажење алтернативног система без халогена који реплицира ову синергију.
- Ефикасност отпорности на пламен:
- Успоривачи горења без халогена често захтевају већа оптерећења да би се постигли еквивалентни степен успоравања горења (нпр. UL94 V-0), што може утицати на механичка својства (мекоћу, затезну чврстоћу, издужење), перформансе обраде и трошкове.
- Карактеристике ПВЦ коже:
- ПВЦ кожа захтева одличну мекоћу, осећај на додир, површинску завршну обраду (утиснуто, сјајно), отпорност на временске услове, отпорност на миграцију и флексибилност на ниским температурама. Нова формулација мора да одржи или приближно исте особине.
- Перформансе обраде:
- Висока количина пунила без халогена (нпр. ATH) може утицати на ток растопа и стабилност обраде.
- Трошкови разматрања:
- Неки високо ефикасни успоривачи горења без халогена су скупи, што захтева равнотежу између перформанси и цене.
Стратегија избора система за успоравање пламена без халогена (за вештачку кожу од ПВЦ-а)
1. Примарни успоривачи пламена – метални хидроксиди
- Алуминијум трихидроксид (ATH):
- Најчешћи, исплативији.
- Механизам: Ендотермно распадање (~200°C), ослобађање водене паре за разблаживање запаљивих гасова и кисеоника док се формира заштитни површински слој.
- Недостаци: Ниска ефикасност, потребно је велико пуњење (40–70 phr), значајно смањује мекоћу, издужење и обрадивост; температура разлагања је ниска.
- Магнезијум хидроксид (MDH):
- Виша температура разлагања (~340°C), погоднија за прераду ПВЦ-а (160–200°C).
- Недостаци: Потребна су слична висока оптерећења (40–70 phr); нешто виша цена од ATH; може имати већу апсорпцију влаге.
Стратегија:
- Дајте предност MDH или мешавини ATH/MDH (нпр. 70/30) како бисте уравнотежили трошкове, прилагодљивост температури обраде и отпорност на пламен.
- Површински третиран (нпр. силаном спрегнут) ATH/MDH побољшава компатибилност са PVC-ом, ублажава деградацију својстава и побољшава отпорност на пламен.
2. Синергисти успоравања пламена
Да би се смањило оптерећење примарним успоривачима пламена и побољшала ефикасност, синергисти су неопходни:
- Фосфорно-азотни успоривачи горења: Идеални за ПВЦ системе без халогена.
- Амонијум полифосфат (APP): Подстиче угљенисање, формирајући интумесцентни изолациони слој.
- Напомена: Користите врсте отпорне на високе температуре (нпр. фаза II, >280°C) да бисте избегли разлагање током обраде. Неки АПП-ови могу утицати на транспарентност и водоотпорност.
- Алуминијум диетилфосфинат (ADP): Високо ефикасан, ниско оптерећење (5–20 phr), минималан утицај на својства, добра термичка стабилност.
- Недостатак: Виши трошкови.
- Фосфатни естри (нпр. RDP, BDP, TCPP): Функционишу као пластификујући успоривачи пламена.
- Предности: Двострука улога (пластификатор + успоривач пламена).
- Мане: Мали молекули (нпр. TCPP) могу мигрирати/испарити; RDP/BDP имају нижу ефикасност пластификовања од DOP-а и могу смањити флексибилност на ниским температурама.
- Амонијум полифосфат (APP): Подстиче угљенисање, формирајући интумесцентни изолациони слој.
- Цинк борат (ZB):
- Јефтин, мултифункционалан (успоривач горења, сузбија дим, промотор угљенисања, средство против цурења). Добро синергистички делује са ATH/MDH и фосфор-азот системима. Типично пуњење: 3–10 phr.
- Цинк станат/хидрокси станат:
- Одлична средства за сузбијање дима и синергисти за успоравање пламена, посебно за полимере који садрже хлор (нпр. ПВЦ). Може делимично заменити синергистичку улогу антимона. Типично пуњење: 2–8 phr.
- Једињења молибдена (нпр. MoO₃, амонијум молибдат):
- Јака средства за сузбијање дима са синергијом успоривача пламена. Типично пуњење: 2–5 phr.
- Нано пунила (нпр. наноглина):
- Ниска пуњења (3–8 phr) побољшавају отпорност на пламен (формирање угљениса, смањена брзина ослобађања топлоте) и механичка својства. Дисперзија је кључна.
3. Средства за сузбијање дима
ПВЦ производи густ дим током сагоревања. Формулације без халогена често захтевају сузбијање дима. Цинк борат, цинк станат и једињења молибдена су одличан избор.
Предложена формулација за успоравање пламена без халогена (на основу оригиналне формулације клијента)
Циљ: Постићи UL94 V-0 (1,6 мм или дебље) уз очување мекоће, обрадивости и кључних својстава.
Претпоставке:
- Оригинална формулација:
- DOP: 50–70 phr (пластификатор).
- СТ: Вероватно стеаринска киселина (мазиво).
- HICOAT-410: Ca/Zn стабилизатор.
- БЗ-500: Вероватно мазиво/помоћно средство за обраду (ради потврде).
- ЕПОКСИД: Епоксидовано сојино уље (ко-стабилизатор/пластификатор).
- Антимон: Sb₂O₃ (треба уклонити).
1. Препоручени оквир формулације (на 100 phr PVC смоле)
| Компонента | Функција | Учитавање (phr) | Белешке |
|---|---|---|---|
| ПВЦ смола | Основни полимер | 100 | Средња/висока молекулска тежина за уравнотежену обраду/својства. |
| Примарни пластификатор | Мекоћа | 40–60 | Опција А (равнотежа трошкова и учинка): Парцијални фосфатни естар (нпр. RDP/BDP, 10–20 phr) + DOTP/DINP (30–50 phr). Опција Б (приоритет ниских температура): DOTP/DINP (50–70 phr) + ефикасан PN успоривач пламена (нпр. ADP, 10–15 phr). Циљ: Ускладити оригиналну мекоћу. |
| Примарни успоривач пламена | Отпорност на пламен, сузбијање дима | 30–50 | Површински третирани MDH или мешавина MDH/ATH (нпр. 70/30). Висока чистоћа, фине честице, површински третирано. Подесите пуњење за циљану отпорност на пламен. |
| ПН синергиста | Високоефикасна отпорност на пламен, промоција угљенисања | 10–20 | Избор 1: APP на високим температурама (фаза II). Избор 2: ADP (већа ефикасност, мање оптерећење, већи трошкови). Избор 3: Пластификатори на бази фосфатних естара (RDP/BDP) – прилагодити ако се већ користе као пластификатори. |
| Синергист/супресор дима | Побољшана отпорност на пламен, смањење дима | 5–15 | Препоручена комбинација: цинк борат (5–10 phr) + цинк станат (3–8 phr). Опционо: MoO₃ (2–5 phr). |
| Ca/Zn стабилизатор (HICOAT-410) | Термичка стабилност | 2,0–4,0 | Критично! Можда ће бити потребно нешто веће пуњење у односу на формулације са Sb₂O₃. |
| Епоксидовано сојино уље (ЕПОКСИ) | Костабилизатор, пластификатор | 3,0–8,0 | Сачувајте ради стабилности и перформанси на ниским температурама. |
| Мазива | Помоћ при обради, средство за одвајање калупа | 1,0–2,5 | ST (стеаринска киселина): 0,5–1,5 phr. BZ-500: 0,5–1,0 phr (прилагодити на основу функције). Оптимизујте за велике количине пунила. |
| Помоћ при обради (нпр. ACR) | Чврстоћа топљења, течење | 0,5–2,0 | Неопходно за формулације са високим садржајем пунила. Побољшава завршну обраду површине и продуктивност. |
| Остали адитиви | По потреби | – | Боје, УВ стабилизатори, биоциди итд. |
2. Пример формулације (потребна оптимизација)
| Компонента | Тип | Учитавање (phr) |
|---|---|---|
| ПВЦ смола | К-вредност ~65–70 | 100,0 |
| Примарни пластификатор | ДОТП/ДИНП | 45,0 |
| Пластификатор фосфатног естра | РДП | 15,0 |
| Површински обрађени MDH | – | 40,0 |
| Апликација за високе температуре | Фаза II | 12.0 |
| Цинк борат | ZB | 8.0 |
| Цинк станат | ZS | 5.0 |
| Ca/Zn стабилизатор | HICOAT-410 | 3,5 |
| Епоксидовано сојино уље | ЕПОКСИД | 5.0 |
| Стеаринска киселина | ST | 1.0 |
| БЗ-500 | Мазиво | 1.0 |
| Помоћ при обради ACR-а | – | 1,5 |
| Боје, итд. | – | По потреби |
Критични кораци имплементације
- Потврдите детаље о сировинама:
- Разјасните хемијске идентитете
БЗ-500иST(консултујте техничке листове добављача). - Проверите тачна учитавања
Оператор фотографије,ЕПОКСИДиHICOAT-410. - Дефинишите захтеве клијента: Циљајте отпорност на пламен (нпр. дебљина према UL94), мекоћу (тврдоћу), примену (аутомобилска индустрија, намештај, торбе?), посебне потребе (отпорност на хладноћу, УВ стабилност, отпорност на хабање?), ограничења трошкова.
- Разјасните хемијске идентитете
- Изаберите специфичне врсте отпорника на пламен:
- Затражите од добављача узорке отпорних на пламен без халогена, прилагођене за ПВЦ кожу.
- Дајте предност површински третираним ATH/MDH ради боље дисперзије.
- За APP, користите квалитете отпорне на високе температуре.
- За фосфатне естре, преферирајте RDP/BDP у односу на TCPP због мање миграције.
- Тестирање и оптимизација у лабораторији:
- Припремите мале серије са различитим пуњењима (нпр. прилагодите односе MDH/APP/ZB/ZS).
- Мешање: За равномерно распршивање користите миксере велике брзине (нпр. Henschel). Прво додајте течности (пластификаторе, стабилизаторе), а затим прахове.
- Пробна испитивања: Тестирање на производној опреми (нпр. Banbury миксер + каландрирање). Праћење времена пластификације, вискозности растопа, обртног момента, квалитета површине.
- Тестирање перформанси:
- Отпорност на пламен: UL94, LOI.
- Механичка својства: Тврдоћа (Шор А), затезна чврстоћа, издужење.
- Мекоћа/осећај на додир: Субјективни + тестови тврдоће.
- Флексибилност на ниским температурама: Тест хладног савијања.
- Термичка стабилност: тест са Конго црвеном бојом.
- Изглед: Боја, сјај, утискивање.
- (Опционо) Густина дима: NBS димна комора.
- Решавање проблема и балансирање:
| Проблем | Решење |
|---|---|
| Недовољна отпорност на пламен | Повећајте MDH/ATH или APP; додајте ADP; оптимизујте ZB/ZS; обезбедите дисперзију. |
| Лоша механичка својства (нпр. ниско издужење) | Смањите MDH/ATH; повећајте PN синергист; користите површински третирана пунила; прилагодите пластификаторе. |
| Тешкоће у обради (висок вискозитет, лоша површина) | Оптимизујте мазива; повећајте ACR; проверите мешање; подесите температуре/брзине. |
| Висока цена | Оптимизујте пуњења; користите исплативе мешавине ATH/MDH; процените алтернативе. |
- Пилот и производња: Након оптимизације лабораторије, спровести пилот испитивања како би се проверила стабилност, конзистентност и трошкови. Повећати скалирање тек након валидације.
Закључак
Прелазак са коже на бази антимона на ПВЦ кожу без халогена, отпорну на пламен, је изводљив, али захтева систематски развој. Основни приступ комбинује металне хидроксиде (пожељно површински третирани МДХ), синергисте фосфора и азота (АПП или АДП) и мултифункционална средства за сузбијање дима (цинк борат, цинк станат). Истовремено, оптимизација пластификатора, стабилизатора, мазива и помоћних средстава за обраду је кључна.
Кључеви успеха:
- Дефинишите јасне циљеве и ограничења (отпорност на пламен, својства, трошкови).
- Изаберите проверене успориваче горења без халогена (површински третирана пунила, високотемпературно АПП постоље).
- Спровести ригорозна лабораторијска испитивања (отпорност на пламен, својства, обрада).
- Обезбедите равномерно мешање и компатибилност процеса.
More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com
Време објаве: 12. август 2025.
