Analiza i optimizacija formulacije usporivača gorenja za PVC premaze

Analiza i optimizacija formulacije usporivača gorenja za PVC premaze

Klijent proizvodi PVC šatore i treba nanijeti premaz za usporavanje gorenja. Trenutna formula se sastoji od 60 dijelova PVC smole, 40 dijelova TOTM-a, 30 dijelova aluminijum hipofosfita (sa 40% sadržaja fosfora), 10 dijelova MCA, 8 dijelova cink borata, zajedno sa disperzantima. Međutim, performanse usporavanja gorenja su loše, a disperzija usporivača gorenja je također neadekvatna. U nastavku je data analiza razloga i predloženo prilagođavanje formule.

I. Osnovni razlozi za lošu otpornost na plamen

1. Neuravnotežen sistem usporavanja plamena sa slabim sinergijskim efektima

• Prekomjerni aluminijum hipofosfit (30 dijelova):
  Iako je aluminijum hipofosfit efikasan usporivač gorenja na bazi fosfora (sadržaj fosfora 40%), prekomjerno dodavanje (>25 dijelova) može dovesti do:
• Naglo povećanje viskoznosti sistema, što otežava disperziju i formira aglomerirane vruće tačke koje ubrzavaju sagorijevanje („efekat fitilja“).
• Smanjena žilavost materijala i narušena svojstva formiranja filma zbog prekomjerne količine neorganskog punila.
• Visok sadržaj MCA (10 dijelova):
  MCA (na bazi dušika) se obično koristi kao sinergist. Kada doza prelazi 5 dijelova, ima tendenciju da migrira na površinu, smanjujući efikasnost usporivača plamena i potencijalno interferirajući s drugim usporivačima plamena.
• Nedostatak ključnih sinergista:
  Iako cink borat ima efekte suzbijanja dima, odsustvo spojeva na bazi antimona (npr. antimonov trioksid) ili metalnih oksida (npr. aluminijum hidroksid) sprečava formiranje sinergijskog sistema „fosfor-azot-antimon“, što rezultira nedovoljnim usporavanjem plamena u gasnoj fazi.

2. Neusklađenost između odabira plastifikatora i ciljeva usporavanja plamena

• TOTM (trioktil trimelitat) ima ograničenu otpornost na plamen:
  TOTM se ističe u otpornosti na toplotu, ali je daleko manje efikasan u usporavanju plamena u poređenju sa fosfatnim esterima (npr. TOTP). Za primjene sa visokom otpornošću na plamen, poput premaza za šatore, TOTM ne može pružiti dovoljne sposobnosti za ugljenisanje i zaštitu od kisika.
• Nedovoljno ukupnog plastifikatora (samo 40 dijelova):
  PVC smoli je obično potrebno 60-75 dijelova plastifikatora za potpunu plastifikaciju. Nizak sadržaj plastifikatora dovodi do visoke viskoznosti taline, što dodatno pogoršava probleme s disperzijom usporivača plamena.

3. Neefikasan sistem disperzije što dovodi do neravnomjerne distribucije usporivača plamena

• Trenutni disperzant može biti opće namjene (npr. stearinska kiselina ili PE vosak), koji je neefikasan za anorganske usporivače gorenja visokog opterećenja (aluminijum hipofosfit + cink borat ukupno 48 dijelova), uzrokujući:
• Aglomeracija čestica usporivača gorenja, stvarajući lokalizirane slabe tačke u premazu.
• Slab protok taline tokom obrade, što stvara toplotu smicanja koja izaziva prerano raspadanje.

4. Loša kompatibilnost između usporivača plamena i PVC-a

• Neorganski materijali poput aluminijum hipofosfita i cink borata imaju značajne razlike u polarnosti s PVC-om. Bez modifikacije površine (npr. silanskih sredstava za spajanje), dolazi do faznog razdvajanja, što smanjuje efikasnost usporavanja plamena.

II. Pristup osnovnom dizajnu

1. Zamijenite primarni plastifikator sa TOTP-om

• Iskoristite njegovu odličnu intrinzičnu otpornost na plamen (sadržaj fosfora ≈9%) i plastificirajući učinak.

2. Optimizirajte omjere i sinergiju usporivača plamena

• Zadržite aluminijum hipofosfit kao glavni izvor fosfora, ali značajno smanjite njegovu dozu kako biste poboljšali disperziju i minimizirali "efekat fitilja".
• Zadržite cink borat kao ključni sinergist (koji podstiče ugljenisanje i suzbijanje dima).
• Zadržite MCA kao sinergist dušika, ali smanjite njegovu dozu kako biste spriječili migraciju.
• Uvestiultrafini aluminijum hidroksid (ATH)kao multifunkcionalna komponenta:
• Otpornost na plamen:Endotermna razgradnja (dehidratacija), hlađenje i razrjeđivanje zapaljivih plinova.
• Suzbijanje dima:Značajno smanjuje stvaranje dima.
• Punilo:Smanjuje troškove (u poređenju s drugim usporivačima gorenja).
• Poboljšana disperzija i protok (ultrafino zrno):Lakše se disperguje od konvencionalnog ATH-a, minimizirajući povećanje viskoznosti.

3. Snažna rješenja za probleme disperzije

• Značajno povećati sadržaj plastifikatora:Osigurati potpunu PVC plastifikaciju i smanjiti viskoznost sistema.
• Koristite visokoefikasne superdisperzante:Posebno dizajniran za visoko opterećene, lako aglomerirane neorganske prahove (aluminijum hipofosfit, ATH).
• Optimizirajte obradu (prethodno miješanje je ključno):Osigurati temeljno vlaženje i raspršivanje usporivača gorenja.

4. Osigurajte osnovnu stabilnost obrade

• Dodajte dovoljno stabilizatora toplote i odgovarajućih maziva.

III. Revidirana formula PVC-a otpornog na plamen

IV. Napomene o formuli i ključne tačke

1. TOTP je Osnovna fondacija

• 65–75 dijelovaosigurava:
• Potpuna plastifikacija: PVC-u je potrebna dovoljna količina plastifikatora za formiranje mekog, kontinuiranog filma.
• Smanjenje viskoznosti: Ključno za poboljšanje disperzije anorganskih usporivača gorenja visokih opterećenja.
• Intrinzična otpornost na plamen: TOTP je sam po sebi vrlo učinkovit plastifikator koji usporava plamen.

2. Sinergija usporavanja plamena

• Sinergija PNB-Al:Aluminijum hipofosfit (P) + MCA (N) pružaju sinergiju baznog PN-a. Cink borat (B, Zn) poboljšava ugljenisanje i suzbijanje dima. Ultrafini ATH (Al) nudi masivno endotermno hlađenje i suzbijanje dima. TOTP također doprinosi fosforu. Ovo stvara višeelementni sinergijski sistem.
• Uloga ATH-a:25-35 dijelova ultrafinog ATH-a značajno doprinosi usporavanju plamena i suzbijanju dima. Njegova endotermna razgradnja apsorbira toplinu, dok oslobođena vodena para razrjeđuje kisik i zapaljive plinove.Ultrafini i površinski obrađeni ATH je ključankako bi se smanjio utjecaj viskoznosti i poboljšala kompatibilnost s PVC-om.
• Redukovani aluminijum hipofosfit:Smanjeno sa 30 na 15-20 dijelova kako bi se smanjilo opterećenje sistema uz održavanje doprinosa fosfora.
• Smanjena MCA:Smanjeno sa 10 na 4-6 dijelova kako bi se spriječila migracija.

3. Disperziono rješenje – ključno za uspjeh

• Superdisperzant (3–4 dijela):Neophodan za rukovanje sistemom visokog opterećenja (50-70 dijelova ukupno neorganskih punila!), koji se teško disperguje (aluminijum hipofosfit + ultrafini ATH + cink borat).Uobičajena disperzanta (npr. kalcijum stearat, PE vosak) nisu dovoljna!Investirajte u visokoefikasne superdisperzante i koristite adekvatne količine.
• Sadržaj plastifikatora (65–75 dijelova):Kao i gore navedeno, smanjuje ukupnu viskoznost, stvarajući bolje okruženje za disperziju.
• Lubrikanti (1-2 dijela):Kombinacija unutrašnjih/vanjskih maziva osigurava dobar protok tokom miješanja i premazivanja, sprječavajući lijepljenje.

4. Obrada – Strogi protokol prethodnog miješanja

• Korak 1 (Suho miješanje neorganskih prahova):
• U mikser velike brzine dodajte aluminijum hipofosfit, ultrafini ATH, cink borat, MCA i sve superdisperzante.
• Miješati na 80–90°C tokom 8–10 minuta. Cilj: Osigurati da superdisperzant u potpunosti prekrije svaku česticu, razbijajući aglomerate.Vrijeme i temperatura su ključni!
• Korak 2 (Formiranje suspenzije):
• Dodajte većinu TOTP-a (npr. 70–80%), sve stabilizatore topline i unutarnja maziva u smjesu iz koraka 1.
• Miješati na temperaturi od 90–100°C tokom 5–7 minuta dok se ne formira ujednačena, tečna suspenzija usporivača plamena. Osigurati da su prahovi potpuno navlaženi plastifikatorima.
• Korak 3 (Dodajte PVC i preostale komponente):
• Dodajte PVC smolu, preostali TOTP, vanjska maziva (i antioksidanse/UV stabilizatore, ako su dodani u ovoj fazi).
• Miješati na temperaturi od 100–110°C tokom 7–10 minuta dok se ne postigne „suva tačka“ (slobodno tečenje, bez grudvica).Izbjegavajte prekomjerno miješanje kako biste spriječili degradaciju PVC-a.
• Hlađenje:Ispraznite i ohladite smjesu na <50°C kako biste spriječili stvaranje grudvica.

5. Naknadna obrada

• Ohlađenu suhu smjesu koristite za kalandriranje ili premazivanje.
• Strogo kontrolišite temperaturu obrade (preporučena temperatura topljenja ≤170–175°C) kako biste izbjegli kvar stabilizatora ili preranu razgradnju usporivača gorenja (npr. ATH).

V. Očekivani rezultati i mjere opreza

• Otpornost na plamen:U poređenju sa originalnom formulom (TOTM + visoki aluminijumski hipofosfit/MCA), ova revidirana formula (TOTP + optimizovani odnosi P/N/B/Al) trebala bi značajno poboljšati usporavanje plamena, posebno u performansama vertikalnog gorenja i suzbijanju dima. Ciljajte standarde poput CPAI-84 za šatore. Ključni testovi: ASTM D6413 (vertikalno gorenje).
• Disperzija:Superdisperzant + visoki plastifikator + optimizirano prethodno miješanje trebali bi značajno poboljšati disperziju, smanjujući aglomeraciju i poboljšavajući ujednačenost premaza.
• Obradivost:Adekvatan TOTP i maziva trebaju osigurati nesmetanu obradu, ali pratiti viskoznost i lijepljenje tokom stvarne proizvodnje.
• Cijena:TOTP i superdisperzanti su skupi, ali reducirani aluminijum hipofosfit i MCA kompenziraju neke troškove. ATH je relativno jeftin.

Kritični podsjetnici:

• Prvo testiranja malog obima!Testirajte u laboratoriji i prilagodite na osnovu stvarnih materijala (posebno performansi ATH i superdisperzanata) i opreme.
• Izbor materijala:
• ATH:Moraju se koristiti ultrafine (D50 ≤2µm), površinski tretirane (npr. silan) vrste. Za preporuke kompatibilne s PVC-om, konsultujte dobavljače.
• Superdisperzanti:Moraju se koristiti visokoefikasni tipovi. Obavijestite dobavljače o primjeni (PVC, visokokvalitetna neorganska punila, usporivači plamena bez halogena).
• TOTP:Osigurajte visoku kvalitetu.
• Testiranje:Provedite rigorozna ispitivanja usporavanja plamena prema ciljanim standardima. Također procijenite otpornost na starenje/vodu (ključno za šatore za vanjsku upotrebu!). UV stabilizatori i antioksidansi su neophodni.

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