Analyse og optimering af flammehæmmende formulering til PVC-belægninger

Analyse og optimering af flammehæmmende formulering til PVC-belægninger

Kunden fremstiller PVC-telte og skal påføre en flammehæmmende belægning. Den nuværende formel består af 60 dele PVC-harpiks, 40 dele TOTM, 30 dele aluminiumhypophosphit (med 40% fosforindhold), 10 dele MCA, 8 dele zinkborat samt dispergeringsmidler. Flammehæmmende egenskaber er dog dårlige, og spredningen af ​​flammehæmmerne er også utilstrækkelig. Nedenfor er en analyse af årsagerne og et forslag til justering af formlen.

I. Kerneårsager til dårlig flammehæmning

1. Ubalanceret flammehæmmende system med svage synergistiske effekter

• Overskydende aluminiumhypophosphit (30 dele):
  Selvom aluminiumhypophosphit er en effektiv fosforbaseret flammehæmmer (40% fosforindhold), kan overdreven tilsætning (>25 dele) føre til:
• En kraftig stigning i systemets viskositet, hvilket vanskeliggør dispergering og danner agglomererede hotspots, der accelererer afbrænding ("vægeeffekt").
• Reduceret materialesejhed og forringede filmdannende egenskaber på grund af for meget uorganisk fyldstof.
• Højt MCA-indhold (10 dele):
  MCA (nitrogenbaseret) bruges typisk som en synergist. Når doseringen overstiger 5 dele, har den en tendens til at migrere til overfladen, hvor den mætter flammehæmmerens effektivitet og potentielt forstyrrer andre flammehæmmere.
• Mangel på centrale synergister:
  Selvom zinkborat har røgdæmpende virkninger, forhindrer fraværet af antimonbaserede (f.eks. antimontrioxid) eller metaloxidforbindelser (f.eks. aluminiumhydroxid) dannelsen af ​​et synergistisk "fosfor-nitrogen-antimon"-system, hvilket resulterer i utilstrækkelig flammehæmning i gasfasen.

2. Uoverensstemmelse mellem valg af blødgører og mål for flammehæmning

• TOTM (trioctyltrimellitat) har begrænset flammehæmning:
  TOTM udmærker sig ved varmebestandighed, men er langt mindre effektiv til flammehæmning sammenlignet med fosfatestere (f.eks. TOTP). Til anvendelser med høj flammehæmning, såsom teltbelægninger, kan TOTM ikke yde tilstrækkelig forkulning og iltbarriere.
• Utilstrækkelig total blødgører (kun 40 dele):
  PVC-harpiks kræver typisk 60-75 dele blødgører for fuld blødgøring. Lavt indhold af blødgører fører til høj smelteviskositet, hvilket yderligere forværrer problemer med spredning af flammehæmmende midler.

3. Ineffektivt dispergeringssystem, der fører til ujævn fordeling af flammehæmmende midler

• Det nuværende dispergeringsmiddel kan være af en universaltype (f.eks. stearinsyre eller PE-voks), som er ineffektivt til uorganiske flammehæmmere med høj belastning (aluminiumhypophosphit + zinkborat i alt 48 dele), hvilket forårsager:
• Agglomeration af flammehæmmende partikler, hvilket skaber lokaliserede svage punkter i belægningen.
• Dårlig smelteflydning under forarbejdning, hvilket genererer forskydningsvarme, der udløser for tidlig nedbrydning.

4. Dårlig kompatibilitet mellem flammehæmmere og PVC

• Uorganiske materialer som aluminiumhypophosphit og zinkborat har betydelige polaritetsforskelle i forhold til PVC. Uden overflademodifikation (f.eks. silankoblingsmidler) forekommer faseseparation, hvilket reducerer flammehæmmende midlers effektivitet.

II. Kernedesigntilgang

1. Erstat primær blødgører med TOTP

• Udnyt dens fremragende iboende flammehæmmende egenskaber (fosforindhold ≈9%) og blødgørende effekt.

2. Optimer flammehæmmende forhold og synergi

• Behold aluminiumhypophosphit som den primære fosforkilde, men reducer doseringen betydeligt for at forbedre spredningen og minimere "vægeeffekten".
• Bevar zinkborat som en vigtig synergist (fremmer forkulning og røgundertrykkelse).
• Behold MCA som en nitrogensynergist, men reducer doseringen for at forhindre migration.
• Indføreultrafint aluminiumhydroxid (ATH)som en multifunktionel komponent:
• Flammehæmning:Endoterm nedbrydning (dehydrering), afkøling og fortynding af brandfarlige gasser.
• Røgdæmpning:Reducerer røgudviklingen betydeligt.
• Fyldstof:Sænker omkostningerne (sammenlignet med andre flammehæmmere).
• Forbedret spredning og flow (ultrafine kvalitet):Lettere at dispergere end konventionel ATH, hvilket minimerer viskositetsforøgelsen.

3. Stærke løsninger på spredningsproblemer

• Øg indholdet af blødgører betydeligt:Sørg for fuld PVC-blødgøring og reducer systemets viskositet.
• Brug højeffektive superdispergeringsmidler:Specielt designet til uorganiske pulvere med høj belastning, der let agglomererer (aluminiumhypophosphit, ATH).
• Optimer forarbejdningen (forblanding er afgørende):Sørg for grundig befugtning og spredning af flammehæmmere.

4. Sikre grundlæggende processtabilitet

• Tilsæt tilstrækkelige varmestabilisatorer og passende smøremidler.

III. Revideret flammehæmmende PVC-formel

IV. Formelnoter og nøglepunkter

1. TOTP er kernefundamentet

• 65–75 delesikrer:
• Fuld blødgøring: PVC kræver tilstrækkelig blødgøringsmiddel til dannelse af en blød, kontinuerlig film.
• Viskositetsreduktion: Afgørende for forbedring af dispersionen af ​​uorganiske flammehæmmere med høj belastning.
• Intrinsisk flammehæmning: TOTP er i sig selv en yderst effektiv flammehæmmende blødgører.

2. Flammehæmmende synergi

• PNB-Al synergi:Aluminiumhypophosphit (P) + MCA (N) giver synergi med base-PN. Zinkborat (B, Zn) forbedrer forkulning og røgdæmpning. Ultrafin ATH (Al) tilbyder massiv endotermisk afkøling og røgdæmpning. TOTP bidrager også med fosfor. Dette skaber et synergistisk system med flere elementer.
• ATH's rolle:25-35 dele ultrafin ATH bidrager væsentligt til flammehæmning og røgdæmpning. Dens endoterme nedbrydning absorberer varme, mens frigivet vanddamp fortynder ilt og brandfarlige gasser.Ultrafin og overfladebehandlet ATH er afgørendefor at minimere viskositetspåvirkningen og forbedre PVC-kompatibiliteten.
• Reduceret aluminiumhypophosphit:Sænket fra 30 til 15-20 dele for at lette systembelastningen, samtidig med at fosforbidraget opretholdes.
• Reduceret MCA:Sænket fra 10 til 4-6 dele for at forhindre migration.

3. Dispersionsløsning – afgørende for succes

• Superdispergeringsmiddel (3-4 dele):Essentiel for håndtering af det højbelastningsbaserede (50-70 dele uorganiske fyldstoffer i alt!) og vanskeligt dispergerbare system (aluminiumhypophosphit + ultrafin ATH + zinkborat).Almindelige dispergeringsmidler (f.eks. calciumstearat, PE-voks) er utilstrækkelige!Invester i højeffektive superdispergeringsmidler og brug tilstrækkelige mængder.
• Indhold af blødgører (65-75 dele):Som ovenfor reduceres den samlede viskositet og skaber et bedre miljø for dispersion.
• Smøremidler (1-2 dele):En kombination af interne/eksterne smøremidler sikrer god flydeevne under blanding og påføring, hvilket forhindrer fastklæbning.

4. Forarbejdning – Streng forblandingsprotokol

• Trin 1 (Tørblandede uorganiske pulvere):
• Tilsæt aluminiumhypophosphit, ultrafin ATH, zinkborat, MCA og alt superdispergeringsmiddel til en højhastighedsblander.
• Bland ved 80-90 °C i 8-10 minutter. Mål: Sørg for, at superdispergeringsmidlet dækker hver partikel fuldstændigt og bryder agglomerater.Tid og temperatur er afgørende!
• Trin 2 (Opslæmningsdannelse):
• Tilsæt det meste af TOTP (f.eks. 70-80%), alle varmestabilisatorer og interne smøremidler til blandingen fra trin 1.
• Bland ved 90-100 °C i 5-7 minutter for at danne en ensartet, flydende, flammehæmmende opslæmning. Sørg for, at pulverne er fuldstændigt fugtet af blødgørere.
• Trin 3 (Tilføj PVC og resterende komponenter):
• Tilsæt PVC-harpiks, resterende TOTP, eksterne smøremidler (og antioxidanter/UV-stabilisatorer, hvis de tilsættes på dette tidspunkt).
• Bland ved 100-110 °C i 7-10 minutter, indtil det når "tørpunktet" (fritflydende, ingen klumper).Undgå overblanding for at forhindre PVC-nedbrydning.
• Køling:Tøm blandingen ud, og afkøl den til <50 °C for at forhindre klumpning.

5. Efterfølgende behandling

• Brug den afkølede tørre blanding til kalandrering eller overtrækning.
• Kontrollér forarbejdningstemperaturen nøje (anbefalet smeltetemperatur ≤170-175 °C) for at undgå stabilisatorsvigt eller for tidlig nedbrydning af flammehæmmere (f.eks. ATH).

V. Forventede resultater og forholdsregler

• Flammehæmning:Sammenlignet med den oprindelige formel (TOTM + højt aluminiumhypophosphit/MCA) burde denne reviderede formel (TOTP + optimerede P/N/B/Al-forhold) forbedre flammehæmningen betydeligt, især hvad angår vertikal forbrænding og røgdæmpning. Målgruppe er standarder som CPAI-84 for telte. Nøgletests: ASTM D6413 (vertikal forbrænding).
• Dispersion:Superdispergeringsmiddel + højt blødgøringsmiddel + optimeret forblanding bør forbedre dispersionen betydeligt, reducere agglomerering og forbedre belægningens ensartethed.
• Forarbejdningsevne:Tilstrækkelig TOTP og smøremidler bør sikre en jævn forarbejdning, men overvåg viskositet og vedhæftning under den faktiske produktion.
• Koste:TOTP og superdispergeringsmidler er dyre, men reduceret aluminiumhypophosphit og MCA opvejer nogle omkostninger. ATH er relativt billig.

Vigtige påmindelser:

• Først små forsøg!Test i laboratoriet og juster baseret på faktiske materialer (især ATH og superdispergeringsmiddelydelse) og udstyr.
• Materialevalg:
• ATH:Skal anvendes ultrafine (D50 ≤2µm), overfladebehandlede (f.eks. silan) kvaliteter. Kontakt leverandører for PVC-kompatible anbefalinger.
• Superdispergeringsmidler:Skal anvende højeffektive typer. Informer leverandørerne om anvendelsen (PVC, uorganiske fyldstoffer med høj belastning, halogenfri flammehæmning).
• TOTP:Sørg for høj kvalitet.
• Testning:Udfør grundige flammehæmningstests i henhold til målstandarderne. Evaluer også ældnings-/vandbestandighed (afgørende for udendørs telte!). UV-stabilisatorer og antioxidanter er afgørende.

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