Анализа и оптимизација на формулација отпорна на пламен за ПВЦ премази

Анализа и оптимизација на формулација отпорна на пламен за ПВЦ премази

Клиентот произведува ПВЦ шатори и треба да нанесе премаз отпорен на пламен. Тековната формула се состои од 60 делови ПВЦ смола, 40 делови TOTM, 30 делови алуминиум хипофосфит (со 40% содржина на фосфор), 10 делови MCA, 8 делови цинк борат, заедно со дисперзанти. Сепак, перформансите на отпорност на пламен се слаби, а дисперзијата на средствата за забавување на пламенот е исто така несоодветна. Подолу е дадена анализа на причините и предложено прилагодување на формулата.

I. Основни причини за слаба отпорност на пламен

1. Неурамнотежен систем за заштита од пламен со слаби синергистички ефекти

• Вишок алуминиум хипофосфит (30 делови):
  Иако алуминиумскиот хипофосфит е ефикасен средство за забавување на пламенот на база на фосфор (содржина на фосфор од 40%), прекумерното додавање (>25 делови) може да доведе до:
• Нагло зголемување на вискозноста на системот, што го отежнува дисперзијата и формира агломерирани жаришта кои го забрзуваат согорувањето („ефект на фитил“).
• Намалена цврстина на материјалот и нарушени својства на формирање филм поради прекумерен неоргански филер.
• Висока содржина на MCA (10 делови):
  MCA (на база на азот) обично се користи како синергист. Кога дозата надминува 5 дела, таа има тенденција да мигрира кон површината, заситувајќи ја ефикасноста на средствата за забавување на пламенот и потенцијално пречки во работата на други средства за забавување на пламенот.
• Недостаток на клучни синергисти:
  Иако цинк боратот има ефекти на потиснување на чадот, отсуството на соединенија на база на антимон (на пр., антимон триоксид) или метален оксид (на пр., алуминиум хидроксид) спречува формирање на синергистички систем „фосфор-азот-антимон“, што резултира со недоволна отпорност на пламен во гасна фаза.

2. Несовпаѓање помеѓу изборот на пластификатор и целите за отпорност на пламен

• TOTM (триоктил тримелитат) има ограничена отпорност на пламен:
  TOTM се истакнува во отпорноста на топлина, но е далеку помалку ефикасен во отпорноста на пламен во споредба со фосфатните естри (на пр., TOTP). За апликации со висока отпорност на пламен, како што се премази за шатори, TOTM не може да обезбеди доволни можности за јагленисување и кислородна бариера.
• Недоволен вкупен пластификатор (само 40 делови):
  ПВЦ смолата обично бара 60-75 делови пластификатор за целосна пластификација. Ниската содржина на пластификатор доведува до висок вискозитет на топење, што дополнително ги влошува проблемите со дисперзија на средствата што го забавуваат пламенот.

3. Неефикасен систем за дисперзија што доведува до нерамномерна дистрибуција на пламено отпорни средства

• Тековниот дисперзистен материјал може да биде од тип со општа намена (на пр., стеаринска киселина или PE восок), што е неефикасно за неоргански средства за забавување на пламенот со високо оптоварување (алуминиум хипофосфит + цинк борат вкупно 48 делови), предизвикувајќи:
• Агломерација на честички што го забавуваат пламенот, создавајќи локализирани слаби точки во премазот.
• Слаб проток на топење за време на обработката, генерирајќи топлина на смолкнување што предизвикува предвремено распаѓање.

4. Слаба компатибилност помеѓу средствата за забавување на пламенот и ПВЦ

• Неорганските материјали како алуминиум хипофосфит и цинк борат имаат значителни разлики во поларитетот со ПВЦ. Без модификација на површината (на пр., средства за спојување на силан), се случува фазно раздвојување, со што се намалува ефикасноста на отпорност на пламен.

II. Основен пристап кон дизајнот

1. Заменете го примарниот пластификатор со TOTP

• Искористете ја неговата одлична интринзична отпорност на пламен (содржина на фосфор ≈9%) и пластифицирачки ефект.

2. Оптимизирајте ги коефициентите на пламен-ретардент и синергијата

• Задржете го алуминиумскиот хипофосфит како основен извор на фосфор, но значително намалете ја неговата доза за да ја подобрите дисперзијата и да го минимизирате „ефектот на фитил“.
• Задржете го цинк боратот како клучен синергист (поттикнување на јагленисување и сузбивање на чад).
• Задржете го MCA како азотен синергист, но намалете ја неговата доза за да се спречи миграцијата.
• Воведултрафин алуминиум хидроксид (ATH)како мултифункционална компонента:
• Отпорност на пламен:Ендотермно распаѓање (дехидратација), ладење и разредување на запаливи гасови.
• Сузбивање на чад:Значително го намалува создавањето на чад.
• Пополнувач:Ги намалува трошоците (во споредба со други средства за забавување на пламенот).
• Подобрена дисперзија и проток (ултрафинирана класа):Полесно се дисперзира од конвенционалниот ATH, со што се минимизира зголемувањето на вискозитетот.

3. Силни решенија за проблеми со дисперзија

• Значително зголемување на содржината на пластификатор:Обезбедете целосна пластификација на ПВЦ и намалете ја вискозноста на системот.
• Користете високоефикасни супердисперзенси:Специјално дизајниран за неоргански прашоци со големо оптоварување, лесно агломерирани (алуминиум хипофосфит, ATH).
• Оптимизирајте ја обработката (претходното мешање е клучно):Обезбедете темелно навлажнување и дисперзија на средства за забавување на пламенот.

4. Обезбедете основна стабилност на обработката

• Додадете доволно стабилизатори на топлина и соодветни средства за подмачкување.

III. Ревидирана формула на ПВЦ отпорна на пламен

IV. Белешки за формулата и клучни точки

1. TOTP е основната фондација

• 65–75 деловиобезбедува:
• Целосна пластификација: ПВЦ бара доволно пластификатор за формирање на мек, континуиран филм.
• Намалување на вискозитетот: Критично за подобрување на дисперзијата на неоргански средства за забавување на пламенот со високо оптоварување.
• Внатрешна отпорност на пламен: Самиот TOTP е високо ефикасен пластификатор што е отпорен на пламен.

2. Синергија на пламен-ретардант

• Синергија на PNB-Al:Алуминиум хипофосфитот (P) + MCA (N) обезбедуваат синергија на основниот PN. Цинк боратот (B, Zn) го подобрува јагленисувањето и сузбивањето на чадот. Ултрафин ATH (Al) нуди масивно ендотермно ладење и сузбивање на чадот. TOTP, исто така, придонесува за фосфор. Ова создава синергистички систем од повеќе елементи.
• Улогата на ATH:25–35 делови од ултрафина ATH се главен фактор што придонесува за отпорност на пламен и сузбивање на чад. Неговото ендотермно распаѓање апсорбира топлина, додека ослободената водена пареа го разредува кислородот и запаливите гасови.Ултрафиниот и површински третиран ATH е критиченза да се минимизира влијанието на вискозитетот и да се подобри компатибилноста на ПВЦ.
• Редуциран алуминиумски хипофосфит:Намалено од 30 на 15–20 делови за да се намали оптоварувањето на системот, а воедно да се задржи придонесот на фосфор.
• Намалена MCA:Намалено од 10 на 4-6 делови за да се спречи миграцијата.

3. Дисперзиско решение – клучно за успех

• Супердисперзатор (3–4 делови):Од суштинско значење за справување со систем со големо оптоварување (вкупно 50–70 делови неоргански полнила!), тешко дисперзиран (алуминиум хипофосфит + ултрафин ATH + цинк борат).Обичните дисперзанти (на пр., калциум стеарат, PE восок) се недоволни!Инвестирајте во високоефикасни супердисперзенси и користете соодветни количини.
• Содржина на пластификатор (65–75 делови):Како што е наведено погоре, го намалува вкупниот вискозитет, создавајќи подобра средина за дисперзија.
• Лубриканти (1–2 делови):Комбинацијата од внатрешни/надворешни лубриканти обезбедува добар проток за време на мешањето и премачкувањето, спречувајќи лепење.

4. Обработка – Строг протокол за претходно мешање

• Чекор 1 (Сува мешавина од неоргански прашоци):
• Додадете алуминиум хипофосфит, ултрафин ATH, цинк борат, MCA и сите супердисперзенти во мешалка со голема брзина.
• Мешајте на 80–90°C во тек на 8–10 минути. Цел: Осигурајте се дека супердисперсантот целосно ги обложува сите честички, кршејќи ги агломератите.Времето и температурата се критични!
• Чекор 2 (Формирање на кашеста маса):
• Додадете го поголемиот дел од TOTP (на пр., 70–80%), сите стабилизатори на топлина и внатрешни средства за подмачкување во смесата од Чекор 1.
• Мешајте на 90–100°C 5–7 минути за да се формира униформна, течна, пламено-замрзнувачка кашеста маса. Осигурајте се дека прашоците се целосно навлажнети со пластификатори.
• Чекор 3 (Додадете ПВЦ и преостанатите компоненти):
• Додадете ПВЦ смола, преостанат TOTP, надворешни мазива (и антиоксиданси/УВ стабилизатори, доколку се додадат во оваа фаза).
• Мешајте на 100–110°C 7–10 минути додека не се достигне „точка на сушење“ (слободно течење, без грутки).Избегнувајте прекумерно мешање за да спречите деградација на ПВЦ.
• Ладење:Испуштете ја смесата и изладете ја на <50°C за да спречите згрутчување.

5. Последователна обработка

• Користете ја изладената сува смеса за валанжирање или премачкување.
• Строго контролирајте ја температурата на обработка (препорачана температура на топење ≤170–175°C) за да се избегне дефект на стабилизаторот или предвремено распаѓање на средствата за забавување на пламенот (на пр., ATH).

V. Очекувани резултати и мерки на претпазливост

• Отпорност на пламен:Во споредба со оригиналната формула (TOTM + висок алуминиумски хипофосфит/MCA), оваа ревидирана формула (TOTP + оптимизирани соодноси P/N/B/Al) треба значително да ја подобри отпорноста на пламен, особено при перформансите на вертикално согорување и сузбивање на чад. Целете ги стандардите како CPAI-84 за шатори. Клучни тестови: ASTM D6413 (вертикално согорување).
• Дисперзија:Супердисперзент + висок пластификатор + оптимизирано претходно мешање треба значително да ја подобрат дисперзијата, намалувајќи ја агломерацијата и подобрувајќи ја униформноста на премазот.
• Обработеност:Соодветните TOTP и мазива треба да обезбедат непречена обработка, но треба да се следи вискозитетот и лепењето за време на самото производство.
• Цена:TOTP и супер-дисперзентите се скапи, но редуцираниот алуминиум хипофосфит и MCA компензираат дел од трошоците. ATH е релативно евтин.

Критични потсетници:

• Прво, мали испитувања!Тестирајте во лабораторија и прилагодете врз основа на реалните материјали (особено перформансите на ATH и супердисперзентите) и опремата.
• Избор на материјал:
• АТХ:Мора да се користат ултрафини (D50 ≤2µm), површински третирани (на пр., силан) класи. Консултирајте се со добавувачите за препораки за компатибилност со ПВЦ.
• Супердисперзенти:Мора да се користат високоефикасни типови. Информирајте ги добавувачите за примената (ПВЦ, неоргански полнила со големо оптоварување, отпорност на пламен без халогени).
• ВКУПНО:Обезбедете висок квалитет.
• Тестирање:Спроведете ригорозни тестови за отпорност на пламен според целните стандарди. Исто така, оценете ја отпорноста на стареење/водоотпорност (клучно за надворешни шатори!). УВ стабилизаторите и антиоксидансите се неопходни.

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