Halogenfri flammehæmmende formulering til TPU-belægningssystem ved hjælp af DMF-opløsningsmiddel
For TPU-belægningssystemer, der bruger dimethylformamid (DMF) som opløsningsmiddel, kræver brugen af aluminiumhypophosphit (AHP) og zinkborat (ZB) som flammehæmmere en systematisk evaluering. Nedenfor er en detaljeret analyse og implementeringsplan:
I. Fornuftighedsanalyse af aluminiumhypophosphit (AHP)
1. Flammehæmmende mekanisme og fordele
- Mekanisme:
- Nedbrydes ved høje temperaturer og danner fosforsyre og metafosforsyre, hvilket fremmer dannelsen af forkulning i TPU (kondenseret fase flammehæmmende).
- Frigiver PO·-radikaler for at afbryde forbrændingskædereaktioner (gasfaseflammehæmmende virkning).
- Fordele:
- Halogenfri, lav røgudvikling, lav toksicitet, overholder RoHS/REACH.
- God termisk stabilitet (dekomponeringstemperatur ≈300 °C), egnet til TPU-tørringsprocesser (typisk <150 °C).
2. Udfordringer og løsninger ved applikationer
| Udfordring | Løsning |
| Dårlig spredning i DMF | Brug overflademodificeret AHP (f.eks. silankoblingsmiddel KH-550). Prædispersionsproces: Kuglemølle AHP med DMF og dispergeringsmiddel (f.eks. BYK-110) til partikelstørrelse <5 μm. |
| Højt belastningskrav (20-30%) | Synergistisk kombination med ZB eller melamincyanurat (MCA) reducerer den samlede mængde til 15-20 %. |
| Reduceret belægningsgennemsigtighed | Brug AHP i nanostørrelse (partikelstørrelse <1 μm) eller bland med transparente flammehæmmere (f.eks. organiske fosfater). |
3. Anbefalet formulering og proces
- Eksempelformulering:
- TPU/DMF-base: 100 phr
- Overflademodificeret AHP: 20 phr
- Zinkborat (ZB): 5 phr (synergi til røgdæmpning)
- Dispergeringsmiddel (BYK-110): 1,5 phr
- Procesnøglepunkter:
- Forbland AHP med dispergeringsmiddel og delvis DMF under høj forskydning (≥3000 rpm, 30 min), og bland derefter med TPU-opslæmning.
- Tørring efter påføring: 120-150°C, forlæng tiden med 10% for at sikre fuldstændig DMF-fordampning.
II. Fornuftighedsanalyse af zinkborat (ZB)
1. Flammehæmmende mekanisme og fordele
- Mekanisme:
- Danner et B₂O₃-glaslag ved høje temperaturer, hvilket blokerer ilt og varme (kondenseret fase-flammehæmmende egenskaber).
- Frigiver bundet vand (~13 %), fortynder brandfarlige gasser og køler systemet.
- Fordele:
- Stærk synergistisk effekt med AHP eller aluminiumtrihydroxid (ATH).
- Fremragende røgdæmpning, ideel til applikationer med lav røgudvikling.
2. Udfordringer og løsninger ved applikationer
| Udfordring | Løsning |
| Dårlig dispersionsstabilitet | Brug ZB i nanostørrelse (<500 nm) og befugtningsmidler (f.eks. TegoDispers 750W). |
| Lav flammehæmmende effektivitet (høj belastning nødvendig) | Bruges som synergist (5-10%) med primære flammehæmmere (f.eks. AHP eller organisk fosfor). |
| Reduceret belægningsfleksibilitet | Kompenser med blødgørere (f.eks. DOP eller polyesterpolyoler). |
3. Anbefalet formulering og proces
- Eksempelformulering:
- TPU/DMF-base: 100 phr
- ZB i nanostørrelse: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Befugtningsmiddel (Tego 750W): 1 ph
- Procesnøglepunkter:
- Fordisperger ZB i DMF via perleformaling (partikelstørrelse ≤2 μm) før blanding med TPU-opslæmning.
- Forlæng tørretiden (f.eks. 30 min) for at undgå, at restfugt påvirker flammehæmningen.
III. Synergistisk evaluering af AHP + ZB-systemet
1. Synergistiske flammehæmmende effekter
- Gasfase- og kondensfasesynergi:
- AHP leverer fosfor til forkulning, mens ZB stabiliserer forkulningslaget og undertrykker efterglød.
- Kombineret LOI: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) opnåelig.
- Røgdæmpning:
- ZB reducerer røgudledningen med >50% (keglekalorimetertest).
2. Anbefalinger til præstationsbalancering
- Mekanisk egenskabskompensation:
- Tilsæt 2-3% TPU-blødgører (f.eks. polycaprolactonpolyol) for at opretholde fleksibiliteten (forlængelse >300%).
- Brug ultrafine pulvere (AHP/ZB <2μm) for at minimere tab af trækstyrke.
- Processtabilitetskontrol:
- Hold slammeviskositeten på 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindel 4, 20 o/min) for ensartet belægning.
IV. Sammenligning med opløsningsmiddelbaserede flydende flammehæmmere
| Parameter | AHP + ZB-system | Flydende fosfor-nitrogen FR (f.eks. Levagard 4090N) |
| Indlæser | 20-30% | 15-25% |
| Spredningsvanskelighed | Kræver forbehandling (høj forskydning/overflademodifikation) | Direkte opløsning, ingen dispersion nødvendig |
| Koste | Lav (~3-5 USD/kg) | Høj (~10-15 USD/kg) |
| Miljøpåvirkning | Halogenfri, lav toksicitet | Kan indeholde halogener (produktafhængigt) |
| Belægningens gennemsigtighed | Halvgennemsigtig til uigennemsigtig | Meget gennemsigtig |
V. Anbefalede implementeringstrin
- Testning i laboratorieskala:
- Evaluer AHP/ZB individuelt og i kombination (gradientbelastning: 10 %, 15 %, 20 %).
- Vurder dispersionsstabilitet (ingen sedimentation efter 24 timer), viskositetsændringer og belægningens ensartethed.
- Validering i pilotskala:
- Optimer tørreforholdene (tid/temperatur) og test flammehæmningen (UL94, LOI) og de mekaniske egenskaber.
- Sammenlign omkostninger: Hvis AHP+ZB reducerer omkostningerne med >30% i forhold til flydende FR'er, er det økonomisk rentabelt.
- Forberedelse af opskalering:
- Samarbejd med leverandører om at udvikle prædispergerede AHP/ZB masterbatcher (DMF-baserede) til forenklet produktion.
VI. Konklusion
Med kontrollerede dispersionsprocesser kan AHP og ZB fungere som effektive flammehæmmere til TPU/DMF-belægninger, forudsat at:
- Overflademodifikation + højforskydningsdispersionanvendes for at forhindre partikelophopning.
- AHP (primær) + ZB (synergist)balancerer effektivitet og omkostninger.
- Forhøj gennemsigtighed/fleksibilitetkrav er flydende fosfor-nitrogen-FR'er (f.eks. Levagard 4090N) fortsat at foretrække.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Udsendelsestidspunkt: 22. maj 2025
