Bezhalogenowa formuła zmniejszająca palność do systemu powłok TPU z wykorzystaniem rozpuszczalnika DMF

Bezhalogenowa formuła zmniejszająca palność do systemu powłok TPU z wykorzystaniem rozpuszczalnika DMF

W przypadku systemów powłok TPU wykorzystujących dimetyloformamid (DMF) jako rozpuszczalnik, zastosowanie podfosforynu glinu (AHP) i boranu cynku (ZB) jako środków zmniejszających palność wymaga systematycznej oceny. Poniżej przedstawiono szczegółową analizę i plan wdrożenia:

I. Analiza wykonalności podfosforynu glinu (AHP)

1. Mechanizm zmniejszania palności i jego zalety

• Mechanizm:
• Rozkłada się w wysokich temperaturach, tworząc kwasy fosforowy i metafosforowy, co sprzyja tworzeniu się zwęgleń w TPU (substancja zmniejszająca palność w fazie skondensowanej).
• Uwalnia rodniki PO·, przerywając reakcje łańcuchowe spalania (zmniejszanie palności w fazie gazowej).
• Zalety:
• Bezhalogenowy, mało dymiący, mało toksyczny, zgodny z dyrektywą RoHS/REACH.
• Dobra stabilność termiczna (temperatura rozkładu ≈300°C), odpowiednia do procesów suszenia TPU (typowo <150°C).

2. Wyzwania i rozwiązania aplikacyjne

3. Zalecana formuła i proces

• Przykładowa formuła:
• Podstawa TPU/DMF: 100 phr
• AHP modyfikowany powierzchniowo: 20 phr
• Boran cynku (ZB): 5 phr (synergia tłumienia dymu)
• Dyspergator (BYK-110): 1,5 phr
• Kluczowe punkty procesu:
• Wstępnie wymieszać AHP z dyspergatorem i częściowym DMF przy wysokim ścinaniu (≥3000 obr./min, 30 min), a następnie wymieszać z zawiesiną TPU.
• Suszenie po nałożeniu powłoki: 120–150°C, wydłużyć czas o 10%, aby zapewnić całkowite odparowanie DMF.

II. Analiza wykonalności boranu cynku (ZB)

1. Mechanizm zmniejszania palności i jego zalety

• Mechanizm:
• Tworzy warstwę szkła B₂O₃ w wysokich temperaturach, blokując tlen i ciepło (zmniejszanie palności w fazie skondensowanej).
• Uwalnia związaną wodę (~13%), rozcieńczając gazy palne i chłodząc układ.
• Zalety:
• Silny efekt synergistyczny z AHP lub wodorotlenkiem glinu (ATH).
• Doskonała redukcja dymu, idealna do zastosowań wymagających małej ilości dymu.

2. Wyzwania i rozwiązania aplikacyjne

3. Zalecana formuła i proces

• Przykładowa formuła:
• Podstawa TPU/DMF: 100 phr
• Nano-rozmiar ZB: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Środek zwilżający (Tego 750W): 1 phr
• Kluczowe punkty procesu:
• Wstępnie rozproszyć ZB w DMF poprzez mielenie kulkowe (wielkość cząstek ≤2 μm) przed zmieszaniem z zawiesiną TPU.
• Wydłuż czas suszenia (np. o 30 min), aby uniknąć wpływu pozostałej wilgoci na ognioodporność.

III. Ocena synergistyczna systemu AHP + ZB

1. Synergistyczne działanie zmniejszające palność

• Synergia fazy gazowej i fazy skondensowanej:
• AHP dostarcza fosfor do zwęglania, natomiast ZB stabilizuje warstwę zwęgloną i tłumi poświatę.
• Łączny LOI: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) możliwy do osiągnięcia.
• Tłumienie dymu:
• ZB redukuje emisję dymu o >50% (test kalorymetrem stożkowym).

2. Zalecenia dotyczące równoważenia wydajności

• Kompensacja właściwości mechanicznych:
• Dodaj 2-3% plastyfikatora TPU (np. polikaprolaktonu poliolu) w celu zachowania elastyczności (wydłużenie >300%).
• Aby zminimalizować utratę wytrzymałości na rozciąganie, należy stosować proszki ultradrobne (AHP/ZB <2μm).
• Kontrola stabilności procesu:
• Utrzymywać lepkość zawiesiny na poziomie 2000–4000 cP (Brookfield RV, wrzeciono 4, 20 obr./min), aby uzyskać równomierną powłokę.

IV. Porównanie z ciekłymi środkami zmniejszającymi palność na bazie rozpuszczalników

V. Zalecane kroki wdrożenia

1. Testowanie w skali laboratoryjnej:

• Oceń AHP/ZB indywidualnie i w połączeniu (obciążenie gradientowe: 10%, 15%, 20%).
• Oceń stabilność dyspersji (brak sedymentacji po 24 godzinach), zmiany lepkości i jednorodność powłoki.

1. Walidacja na skalę pilotażową:

• Optymalizacja warunków suszenia (czas/temperatura) oraz testowanie ognioodporności (UL94, LOI) i właściwości mechanicznych.
• Porównaj koszty: Jeśli AHP+ZB pozwala na redukcję kosztów o >30% w porównaniu do płynnych środków FR, jest to ekonomicznie opłacalne.

1. Przygotowanie do skalowania:

• Współpracuj z dostawcami w celu opracowania wstępnie rozproszonych koncentratów AHP/ZB (na bazie DMF) w celu uproszczenia produkcji.

VI. Wnioski

Dzięki kontrolowanym procesom dyspersji AHP i ZB mogą być skutecznymi środkami zmniejszającymi palność powłok TPU/DMF, pod warunkiem że:

1. Modyfikacja powierzchni + dyspersja o wysokim ścinaniustosowany w celu zapobiegania aglomeracji cząstek.
2. AHP (podstawowy) + ZB (synergistyczny)zapewnia równowagę pomiędzy wydajnością i kosztami.
3. Dlawysoka przejrzystość/elastycznośćwymagania, preferowane pozostają środki FR na bazie ciekłego fosforu i azotu (np. Levagard 4090N).

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd.(ISO i REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com