Analiza și optimizarea formulării ignifuge pentru acoperirile din PVC

Analiza și optimizarea formulării ignifuge pentru acoperirile din PVC

Clientul produce corturi din PVC și trebuie să aplice un strat ignifug. Formula actuală constă din 60 de părți rășină PVC, 40 de părți TOTM, 30 de părți hipofosfit de aluminiu (cu un conținut de fosfor de 40%), 10 părți MCA, 8 părți borat de zinc, împreună cu dispersanți. Cu toate acestea, performanța ignifugă este slabă, iar dispersia ignifugilor este, de asemenea, inadecvată. Mai jos este o analiză a motivelor și o ajustare propusă a formulei.

I. Principalele motive pentru ignifugarea slabă

1. Sistem ignifug dezechilibrat cu efecte sinergice slabe

• Exces de hipofosfit de aluminiu (30 părți):
  Deși hipofosfitul de aluminiu este un ignifug eficient pe bază de fosfor (conținut de fosfor de 40%), adaosul excesiv (>25 părți) poate duce la:
• O creștere bruscă a vâscozității sistemului, care îngreunează dispersia și formează puncte fierbinți aglomerate care accelerează arderea („efectul de fitil”).
• Rezistență redusă a materialului și proprietăți peliculogene afectate din cauza excesului de umplutură anorganică.
• Conținut ridicat de MCA (10 părți):
  MCA (pe bază de azot) este de obicei utilizat ca agent sinergic. Când doza depășește 5 părți, acesta tinde să migreze la suprafață, saturând eficiența ignifugării și putând interfera cu alți agenți ignifugi.
• Lipsa sinergicilor cheie:
  Deși boratul de zinc are efecte de suprimare a fumului, absența compușilor pe bază de antimoniu (de exemplu, trioxid de antimoniu) sau a oxidului metalic (de exemplu, hidroxid de aluminiu) previne formarea unui sistem sinergic „fosfor-azot-antimoniu”, rezultând o ignifugare insuficientă în fază gazoasă.

2. Neconcordanță între selecția plastifiantului și obiectivele de ignifugare

• TOTM (trimelitat de trioctil) are o ignifugare limitată:
  TOTM excelează în rezistența la căldură, dar este mult mai puțin eficient în ignifugarea în comparație cu esterii fosfatici (de exemplu, TOTP). Pentru aplicații cu ignifugare ridicată, cum ar fi acoperirile pentru corturi, TOTM nu poate oferi suficiente capacități de carbonizare și barieră la oxigen.
• Plastifiant total insuficient (doar 40 de părți):
  Rășina PVC necesită de obicei 60-75 părți de plastifiant pentru plastifierea completă. Conținutul scăzut de plastifiant duce la o vâscozitate ridicată a topiturii, exacerbând și mai mult problemele de dispersie a ignifugului.

3. Sistem de dispersie ineficient care duce la o distribuție inegală a ignifugului

• Dispersantul actual poate fi de uz general (de exemplu, acid stearic sau ceară PE), care este ineficient pentru ignifuganții anorganici cu încărcătură mare (hipofosfit de aluminiu + borat de zinc în total 48 de părți), provocând:
• Aglomerarea particulelor ignifuge, creând puncte slabe localizate în acoperire.
• Fluiditate slabă a topiturii în timpul procesării, generând căldură de forfecare care declanșează descompunerea prematură.

4. Compatibilitate slabă între ignifuge și PVC

• Materialele anorganice precum hipofosfitul de aluminiu și boratul de zinc prezintă diferențe semnificative de polaritate față de PVC. Fără modificarea suprafeței (de exemplu, agenți de cuplare silanici), are loc separarea fazelor, reducând eficiența ignifugă.

II. Abordarea de proiectare centrală

1. Înlocuiți plastifiantul primar cu TOTP

• Valorificați excelenta sa ignifugare intrinsecă (conținut de fosfor ≈9%) și efectul de plastifiere.

2. Optimizarea raporturilor de ignifugare și a sinergiei

• Păstrați hipofosfitul de aluminiu ca sursă principală de fosfor, dar reduceți semnificativ dozajul acestuia pentru a îmbunătăți dispersia și a minimiza „efectul de fitil”.
• Păstrați boratul de zinc ca agent sinergic cheie (promovând carbonizarea și suprimarea fumului).
• Păstrați MCA ca agent sinergic al azotului, dar reduceți doza pentru a preveni migrarea.
• Introducehidroxid de aluminiu ultrafin (ATH)ca o componentă multifuncțională:
• Rezistență la flacără:Descompunere endotermă (deshidratare), răcire și diluare a gazelor inflamabile.
• Suprimarea fumului:Reduce semnificativ generarea de fum.
• Umplutură:Reduce costurile (în comparație cu alte substanțe ignifuge).
• Dispersie și curgere îmbunătățite (grad ultrafin):Mai ușor de dispersat decât ATH-ul convențional, reducând la minimum creșterea vâscozității.

3. Soluții puternice pentru problemele de dispersie

• Creșteți semnificativ conținutul de plastifianți:Asigurați plastifierea completă a PVC-ului și reduceți vâscozitatea sistemului.
• Utilizați super-dispersanți de înaltă eficiență:Special conceput pentru pulberi anorganice cu sarcini mari, ușor aglomerate (hipofosfit de aluminiu, ATH).
• Optimizați procesarea (preamestecarea este esențială):Asigurați umezirea și dispersarea completă a substanțelor ignifuge.

4. Asigurați stabilitatea de bază a procesării

• Adăugați suficienți stabilizatori termici și lubrifianți adecvați.

III. Formulă revizuită pentru PVC ignifug

IV. Note despre formulă și puncte cheie

1. TOTP este Fundația Centrală

• 65–75 de părțiasigură:
• Plastificare completă: PVC-ul necesită suficient plastifiant pentru formarea unei pelicule moi și continue.
• Reducerea vâscozității: Esențială pentru îmbunătățirea dispersiei substanțelor ignifuge anorganice cu încărcătură mare.
• Rezistență intrinsecă la flacără: TOTP în sine este un plastifiant ignifug extrem de eficient.

2. Sinergie ignifugă

• Sinergie PNB-Al:Hipofosfitul de aluminiu (P) + MCA (N) asigură sinergia PN de bază. Boratul de zinc (B, Zn) îmbunătățește carbonizarea și suprimarea fumului. ATH-ul ultrafin (Al) oferă o răcire endotermă masivă și suprimarea fumului. TOTP contribuie, de asemenea, cu fosfor. Aceasta creează un sistem sinergic cu mai multe elemente.
• Rolul ATH:25–35 de părți de ATH ultrafin contribuie major la ignifugarea și suprimarea fumului. Descompunerea sa endotermă absoarbe căldura, în timp ce vaporii de apă eliberați diluează oxigenul și gazele inflamabile.ATH ultrafin și tratat la suprafață este esențialpentru a minimiza impactul vâscozității și a îmbunătăți compatibilitatea PVC-ului.
• Hipofosfit de aluminiu redus:S-a redus de la 30 la 15-20 de părți pentru a reduce sarcina sistemului, menținând în același timp contribuția la fosfor.
• MCA redus:Redus de la 10 la 4–6 părți pentru a preveni migrarea.

3. Soluție de dispersie – esențială pentru succes

• Super-dispersant (3–4 părți):Esențial pentru gestionarea unui sistem cu încărcătură mare (50–70 părți de materiale de umplutură anorganice în total!), dificil de dispersat (hipofosfit de aluminiu + ATH ultrafin + borat de zinc).Dispersanții obișnuiți (de exemplu, stearatul de calciu, ceara PE) sunt insuficienți!Investiți în super-dispersanți de înaltă eficiență și utilizați cantități adecvate.
• Conținut de plastifiant (65–75 părți):Ca mai sus, reduce vâscozitatea generală, creând un mediu mai bun pentru dispersie.
• Lubrifianți (1–2 părți):O combinație de lubrifianți interni/externi asigură o curgere bună în timpul amestecării și acoperirii, prevenind lipirea.

4. Prelucrare – Protocol strict de preamestecare

• Etapa 1 (Pulberi anorganice amestecate uscat):
• Adăugați hipofosfit de aluminiu, ATH ultrafin, borat de zinc, MCA și toți superdispersanții într-un mixer de mare viteză.
• Amestecați la 80–90°C timp de 8–10 minute. Obiectiv: Asigurați-vă că superdispersantul acoperă complet fiecare particulă, spargând aglomeratele.Timpul și temperatura sunt esențiale!
• Etapa 2 (Formarea suspensiei):
• Adăugați cea mai mare parte a TOTP-ului (de exemplu, 70-80%), toți stabilizatorii termici și lubrifianții interni în amestecul de la Pasul 1.
• Amestecați la 90–100°C timp de 5–7 minute pentru a forma o pastă uniformă, fluidă, ignifugă. Asigurați-vă că pulberile sunt complet umezite de plastifianți.
• Pasul 3 (Adăugați PVC-ul și componentele rămase):
• Adăugați rășină PVC, TOTP rămas, lubrifianți externi (și antioxidanți/stabilizatori UV, dacă au fost adăugați în această etapă).
• Amestecați la 100–110°C timp de 7–10 minute până la atingerea „punctului de uscare” (curgere liberă, fără aglomerări).Evitați amestecarea excesivă pentru a preveni degradarea PVC-ului.
• Răcire:Descărcați și răciți amestecul la <50°C pentru a preveni formarea de cocoloașe.

5. Prelucrarea ulterioară

• Folosiți amestecul uscat răcit pentru calandrare sau acoperire.
• Controlați cu strictețe temperatura de procesare (temperatura de topire recomandată ≤170–175°C) pentru a evita defectarea stabilizatorului sau descompunerea prematură a agenților ignifugi (de exemplu, ATH).

V. Rezultate așteptate și precauții

• Rezistență la flacără:Comparativ cu formula originală (TOTM + hipofosfit/MCA cu conținut ridicat de aluminiu), această formulă revizuită (TOTP + raporturi P/N/B/Al optimizate) ar trebui să îmbunătățească semnificativ ignifugarea, în special în ceea ce privește performanța la ardere verticală și suprimarea fumului. Standarde vizate precum CPAI-84 pentru corturi. Teste cheie: ASTM D6413 (ardere verticală).
• Dispersie:Super-dispersant + plastifiant puternic + pre-amestecare optimizată ar trebui să îmbunătățească considerabil dispersia, reducând aglomerarea și îmbunătățind uniformitatea acoperirii.
• Procesabilitate:Un nivel adecvat de TOTP și lubrifianți ar trebui să asigure o procesare lină, dar monitorizați vâscozitatea și aderența în timpul producției efective.
• Cost:TOTP și superdispersanții sunt scumpi, dar hipofosfitul de aluminiu redus și MCA compensează o parte din costuri. ATH este relativ ieftin.

Mementouri critice:

• Mai întâi teste la scară mică!Testați în laborator și ajustați în funcție de materialele reale (în special performanța ATH și a superdispersanților) și echipament.
• Selecția materialelor:
• ATH:Trebuie utilizate clase ultrafine (D50 ≤2µm), tratate la suprafață (de exemplu, silan). Consultați furnizorii pentru recomandări compatibile cu PVC.
• Super-dispersanți:Trebuie utilizate tipuri de înaltă eficiență. Informați furnizorii despre aplicație (PVC, materiale de umplutură anorganice cu sarcină mare, materiale ignifuge fără halogeni).
• TOTP:Asigurați o calitate înaltă.
• Testare:Efectuați teste riguroase de ignifugare conform standardelor țintă. De asemenea, evaluați rezistența la îmbătrânire/apă (critică pentru corturile de exterior!). Stabilizatorii UV și antioxidanții sunt esențiali.

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