Conversia formulării pentru piele PVC ignifugă fără halogeni

Conversia formulării pentru piele PVC ignifugă fără halogeni

Introducere

Clientul produce piele PVC ignifugă și trioxid de antimoniu (Sb₂O₃), utilizat anterior. Acum își propune să elimine Sb₂O₃ și să treacă la ignifugați fără halogeni. Formula actuală include PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 și antimoniu. Trecerea de la o formulă de piele PVC pe bază de antimoniu la un sistem ignifug fără halogeni reprezintă o modernizare tehnologică semnificativă. Această schimbare nu numai că respectă reglementările de mediu din ce în ce mai stricte (de exemplu, RoHS, REACH), dar îmbunătățește și imaginea „verde” a produsului și competitivitatea pe piață.

Provocări cheie

1. Pierderea efectului sinergic:
   • Sb₂O₃ nu este un agent ignifug puternic în sine, dar prezintă efecte sinergice excelente de ignifugare cu clorul din PVC, îmbunătățind semnificativ eficiența. Îndepărtarea antimoniului necesită găsirea unui sistem alternativ fără halogeni care să reproducă această sinergie.
2. Eficiență de ignifugare:
   • Ignifugele fără halogeni necesită adesea încărcări mai mari pentru a obține clasificări ignifuge echivalente (de exemplu, UL94 V-0), ceea ce poate afecta proprietățile mecanice (moliciune, rezistență la tracțiune, alungire), performanța de procesare și costul.
3. Caracteristicile pielii din PVC:
   • Pielea din PVC necesită o moliciune excelentă, senzație tactilă, finisaj de suprafață (gofrare, luciu), rezistență la intemperii, rezistență la migrare și flexibilitate la temperaturi scăzute. Noua formulă trebuie să mențină sau să se potrivească îndeaproape cu aceste proprietăți.
4. Performanță de procesare:
   • Încărcările mari de materiale de umplutură fără halogeni (de exemplu, ATH) pot afecta curgerea la topitură și stabilitatea la procesare.
5. Considerații privind costurile:
   • Unii agenți ignifugi fără halogeni de înaltă eficiență sunt scumpi, necesitând un echilibru între performanță și cost.

Strategia de selecție pentru sisteme ignifuge fără halogeni (pentru piele artificială din PVC)

1. Ignifuganți primari – Hidroxizi metalici

• Trihidroxid de aluminiu (ATH):
  • Cel mai comun, rentabil.
  • Mecanism: Descompunere endotermă (~200°C), eliberând vapori de apă pentru a dilua gazele inflamabile și oxigenul, formând în același timp un strat protector la suprafață.
  • Dezavantaje: Eficiență scăzută, încărcare mare necesară (40–70 phr), reduce semnificativ moliciunea, alungirea și procesabilitatea; temperatura de descompunere este scăzută.
• Hidroxid de magneziu (MDH):
  • Temperatură de descompunere mai ridicată (~340°C), mai potrivită pentru procesarea PVC-ului (160–200°C).
  • Dezavantaje: Sunt necesare încărcături mari similare (40–70 phr); cost puțin mai mare decât ATH; poate avea o absorbție mai mare a umidității.

Strategie:

• Se preferă MDH sau un amestec ATH/MDH (de exemplu, 70/30) pentru a echilibra costul, adaptabilitatea la temperatura de procesare și rezistența la flacără.
• ATH/MDH tratat la suprafață (de exemplu, cuplat cu silan) îmbunătățește compatibilitatea cu PVC-ul, atenuează degradarea proprietăților și sporește rezistența la flacără.

2. Sinergiști ignifugi

Pentru a reduce încărcăturile primare de ignifugați și a îmbunătăți eficiența, agenții sinergici sunt esențiali:

• Ignifug cu fosfor și azot: Ideal pentru sistemele PVC fără halogeni.
  • Polifosfat de amoniu (APP): Promovează carbonizarea, formând un strat izolator intumescent.
    • Notă: Folosiți clase rezistente la temperaturi ridicate (de exemplu, Faza II, >280°C) pentru a evita descompunerea în timpul procesării. Unele APP-uri pot afecta transparența și rezistența la apă.
  • Dietilfosfinat de aluminiu (ADP): Eficiență ridicată, încărcare redusă (5–20 phr), impact minim asupra proprietăților, stabilitate termică bună.
    • Dezavantaj: Cost mai mare.
  • Esteri fosfatici (de exemplu, RDP, BDP, TCPP): Acționează ca agenți plastifianți ignifugi.
    • Pro: Rol dublu (plastifiant + ignifug).
    • Contra: Moleculele mici (de exemplu, TCPP) pot migra/volatiliza; RDP/BDP au o eficiență de plastifiere mai mică decât DOP și pot reduce flexibilitatea la temperaturi scăzute.
• Borat de zinc (ZB):
  • Cost redus, multifuncțional (ignifug, antifum, promotor de carbonizare, anti-picurare). Funcționează bine sinergic cu sistemele ATH/MDH și fosfor-azot. Încărcare tipică: 3–10 phr.
• Stanat de zinc/Hidroxi-stanat:
  • Excelenți agenți sinergici de suprimare a fumului și ignifugați, în special pentru polimerii care conțin clor (de exemplu, PVC). Pot înlocui parțial rolul sinergic al antimoniului. Încărcare tipică: 2–8 phr.
• Compuși de molibden (de exemplu, MoO₃, molibdat de amoniu):
  • Agenți puternici de suprimare a fumului cu sinergie ignifugă. Încărcare tipică: 2–5 phr.
• Nano-umpluturi (de exemplu, nanoargilă):
  • Încărcările mici (3–8 phr) îmbunătățesc rezistența la flacără (formarea de carbon, rata redusă de eliberare a căldurii) și proprietățile mecanice. Dispersia este critică.

3. Antifum

PVC-ul produce fum greu în timpul arderii. Formulările fără halogen necesită adesea suprimarea fumului. Boratul de zinc, stanatul de zinc și compușii de molibden sunt alegeri excelente.

Formulare propusă de ignifug fără halogeni (bazată pe formularea originală a clientului)

Obiectiv: Atingerea standardului UL94 V-0 (1,6 mm sau mai grosime), menținând în același timp moliciunea, procesabilitatea și proprietățile cheie.

Presupuneri:

• Formula originală:
  • DOP: 50–70 phr (plastifiant).
  • ST: Probabil acid stearic (lubrifiant).
  • HICOAT-410: Stabilizator Ca/Zn.
  • BZ-500: Probabil lubrifiant/adjuvant de procesare (de confirmat).
  • EPOXI: Ulei de soia epoxidat (co-stabilizator/plastifiant).
  • Antimoniu: Sb₂O₃ (de îndepărtat).

1. Cadrul de formulare recomandat (per 100 phr rășină PVC)

2. Exemplu de formulare (necesită optimizare)

Pași critici de implementare

1. Confirmați detaliile materiei prime:
   • Clarificați identitățile chimice aleBZ-500şiST(consultați fișele tehnice ale furnizorului).
   • Verificați încărcăturile exacte aleDOP,EPOXIșiHICOAT-410.
   • Definiți cerințele clientului: Rezistența la flacără țintă (de exemplu, grosimea UL94), moliciunea (duritatea), aplicația (auto, mobilă, genți?), nevoile speciale (rezistența la frig, stabilitatea UV, rezistența la abraziune?), limitele de cost.
2. Selectați anumite clase de ignifugare:
   • Solicitați de la furnizori mostre de materiale ignifuge fără halogeni, adaptate pentru piele din PVC.
   • Prioritarizează ATH/MDH tratat la suprafață pentru o dispersie mai bună.
   • Pentru APP, utilizați clase rezistente la temperaturi ridicate.
   • Pentru esterii fosfatici, se preferă RDP/BDP în locul TCPP pentru o migrare mai mică.
3. Testare și optimizare la scară de laborator:
   • Preparați loturi mici cu încărcături variabile (de exemplu, ajustați raporturile MDH/APP/ZB/ZS).
   • Amestecare: Folosiți mixere de mare viteză (de exemplu, Henschel) pentru o dispersie uniformă. Adăugați mai întâi lichidele (plastifianți, stabilizatori), apoi pulberile.
   • Încercări de procesare: Testare pe echipamente de producție (de exemplu, mixer Banbury + calandrare). Monitorizarea timpului de plastifiere, a vâscozității topiturii, a cuplului de torsiune și a calității suprafeței.
   • Testarea performanței:
     • Rezistență la flacără: UL94, LOI.
     • Proprietăți mecanice: Duritate (Shore A), rezistență la tracțiune, alungire.
     • Moliciune/senzație tactilă: Teste subiective + duritate.
     • Flexibilitate la temperatură scăzută: Test de îndoire la rece.
     • Stabilitate termică: testul roșu Congo.
     • Aspect: Culoare, luciu, embosare.
     • (Opțional) Densitatea fumului: camera de fum NBS.
4. Depanare și echilibrare:

5. Pilot și producție: După optimizarea în laborator, se efectuează studii pilot pentru a verifica stabilitatea, consecvența și costul. Extinderea se face numai după validare.

Concluzie

Tranziția de la pielea PVC ignifugă pe bază de antimoniu la pielea PVC fără halogeni este fezabilă, dar necesită o dezvoltare sistematică. Abordarea principală combină hidroxizi metalici (de preferință MDH tratat la suprafață), sinergici fosfor-azot (APP sau ADP) și agenți multifuncționali de suprimare a fumului (borat de zinc, stanat de zinc). Simultan, optimizarea plastifianților, stabilizatorilor, lubrifianților și adjuvanților de prelucrare este esențială.

Cheile succesului:

1. Definiți obiective și constrângeri clare (rezistență la flacără, proprietăți, cost).
2. Selectați ignifugi fără halogeni, cu eficacitate dovedită (materiale de umplutură tratate la suprafață, APP pentru temperaturi înalte).
3. Efectuați teste riguroase de laborator (rezistență la flacără, proprietăți, procesare).
4. Asigurați o amestecare uniformă și compatibilitatea procesului.

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