Konverzia receptúry pre bezhalogénovú PVC kožu spomaľujúcu horenie
Úvod
Klient vyrába PVC kožu s ochranou proti ohňu a predtým používaný oxid antimonitý (Sb₂O₃). Teraz sa snaží eliminovať používanie Sb₂O₃ a prejsť na bezhalogénové spomaľovače horenia. Súčasné zloženie obsahuje PVC, DOP, EPOXID, BZ-500, ST, HICOAT-410 a antimón. Prechod z PVC kože na báze antimónu na bezhalogénový systém spomaľovačov horenia predstavuje významnú technologickú inováciu. Táto zmena nielenže spĺňa čoraz prísnejšie environmentálne predpisy (napr. RoHS, REACH), ale tiež zvyšuje „zelený“ imidž produktu a jeho konkurencieschopnosť na trhu.
Kľúčové výzvy
- Strata synergického efektu:
- Sb₂O₃ sám o sebe nie je silným spomaľovačom horenia, ale vykazuje vynikajúce synergické účinky spomaľovania horenia s chlórom v PVC, čím výrazne zlepšuje účinnosť. Odstránenie antimónu si vyžaduje nájdenie alternatívneho bezhalogénového systému, ktorý túto synergiu replikuje.
- Účinnosť spomaľovania horenia:
- Bezhalogénové spomaľovače horenia často vyžadujú vyššie zaťaženie na dosiahnutie ekvivalentných hodnôt spomaľovača horenia (napr. UL94 V-0), čo môže ovplyvniť mechanické vlastnosti (mäkkosť, pevnosť v ťahu, predĺženie), spracovateľský výkon a náklady.
- Vlastnosti PVC kože:
- PVC koža vyžaduje vynikajúcu mäkkosť, pocit na dotyk, povrchovú úpravu (razba, lesk), odolnosť voči poveternostným vplyvom, odolnosť voči migrácii a flexibilitu pri nízkych teplotách. Nové zloženie si musí tieto vlastnosti zachovať alebo sa im čo najviac vyrovnať.
- Výkon spracovania:
- Vysoké množstvo bezhalogénových plnív (napr. ATH) môže ovplyvniť tok taveniny a stabilitu pri spracovaní.
- Úvahy o nákladoch:
- Niektoré vysokoúčinné bezhalogénové spomaľovače horenia sú drahé, čo si vyžaduje rovnováhu medzi výkonom a nákladmi.
Stratégia výberu bezhalogénových systémov spomaľujúcich horenie (pre umelú kožu z PVC)
1. Primárne spomaľovače horenia – hydroxidy kovov
- Hydroxid hlinitý (ATH):
- Najbežnejšie, nákladovo efektívne.
- Mechanizmus: Endotermický rozklad (~200 °C), uvoľňovanie vodnej pary na riedenie horľavých plynov a kyslíka a zároveň vytvorenie ochrannej povrchovej vrstvy.
- Nevýhody: Nízka účinnosť, vysoké požadované zaťaženie (40 – 70 phr), výrazne znižuje mäkkosť, predĺženie a spracovateľnosť; teplota rozkladu je nízka.
- Hydroxid horečnatý (MDH):
- Vyššia teplota rozkladu (~340 °C), vhodnejšia na spracovanie PVC (160 – 200 °C).
- Nevýhody: Podobne vysoké zaťaženie (40 – 70 phr); mierne vyššie náklady ako ATH; môže mať vyššiu absorpciu vlhkosti.
Stratégia:
- Uprednostnite MDH alebo zmes ATH/MDH (napr. 70/30), aby ste vyvážili náklady, prispôsobivosť teplote spracovania a samozhášavosť.
- Povrchovo upravený (napr. spojený silánom) ATH/MDH zlepšuje kompatibilitu s PVC, zmierňuje degradáciu vlastností a zvyšuje odolnosť voči horeniu.
2. Synergické látky spomaľujúce horenie
Na zníženie primárneho zaťaženia spomaľovačmi horenia a zlepšenie účinnosti sú nevyhnutné synergické látky:
- Fosforovo-dusíkaté spomaľovače horenia: Ideálne pre bezhalogénové PVC systémy.
- Polyfosforečnan amónny (APP): Podporuje zuhoľnatenie a vytvára intumescentnú izolačnú vrstvu.
- Poznámka: Používajte triedy odolné voči vysokým teplotám (napr. fáza II, >280 °C), aby ste predišli rozkladu počas spracovania. Niektoré polymérne zložky (APP) môžu ovplyvniť priehľadnosť a odolnosť voči vode.
- Dietylfosfinát hlinitý (ADP): Vysoko účinný, nízke zaťaženie (5 – 20 phr), minimálny vplyv na vlastnosti, dobrá tepelná stabilita.
- Nevýhoda: Vyššie náklady.
- Fosfátové estery (napr. RDP, BDP, TCPP): Fungujú ako plastifikačné spomaľovače horenia.
- Výhody: Dvojitá úloha (zmäkčovadlo + spomaľovač horenia).
- Nevýhody: Malé molekuly (napr. TCPP) môžu migrovať/prchať; RDP/BDP majú nižšiu plastifikačnú účinnosť ako DOP a môžu znižovať flexibilitu pri nízkych teplotách.
- Polyfosforečnan amónny (APP): Podporuje zuhoľnatenie a vytvára intumescentnú izolačnú vrstvu.
- Boritan zinočnatý (ZB):
- Nízkonákladový, multifunkčný (spomaľovač horenia, potláča dym, promotor karbonizácie, proti odkvapkávaniu). Dobre synergicky pôsobí so systémami ATH/MDH a fosfor-dusík. Typické plnenie: 3–10 phr.
- Staničnan zinočnatý/hydroxystaničnan zinočnatý:
- Vynikajúce potláčajúce dym a synergické látky spomaľujúce horenie, najmä pre polyméry obsahujúce chlór (napr. PVC). Môže čiastočne nahradiť synergickú úlohu antimónu. Typické množstvo: 2–8 phr.
- Zlúčeniny molybdénu (napr. MoO₃, molybdénan amónny):
- Silné potláčače dymu so synergiou spomaľovača horenia. Typické množstvo: 2–5 phr.
- Nano plnivá (napr. nanoíl):
- Nízke náplne (3–8 phr) zlepšujú odolnosť voči horeniu (tvorba zuhoľnatenia, znížená rýchlosť uvoľňovania tepla) a mechanické vlastnosti. Disperzia je kritická.
3. Potláčače dymu
PVC počas horenia produkuje hustý dym. Bezhalogénové formulácie často vyžadujú potlačenie dymu. Vynikajúcou voľbou sú zlúčeniny boritanu zinočnatého, cíničitanu zinočnatého a molybdénu.
Navrhovaná receptúra bezhalogénovej spomaľovače horenia (na základe pôvodnej receptúry klienta)
Cieľ: Dosiahnuť UL94 V-0 (1,6 mm alebo hrubšie) pri zachovaní mäkkosti, spracovateľnosti a kľúčových vlastností.
Predpoklady:
- Pôvodné zloženie:
- DOP: 50–70 phr (zmäkčovadlo).
- ST: Pravdepodobne kyselina stearová (lubrikant).
- HICOAT-410: Stabilizátor Ca/Zn.
- BZ-500: Pravdepodobne mazivo/pomocná látka pri spracovaní (na potvrdenie).
- EPOXID: Epoxidovaný sójový olej (kostabilizátor/zmäkčovadlo).
- Antimón: Sb₂O₃ (odstrániť).
1. Odporúčaný vzorec zloženia (na 100 phr PVC živice)
| Komponent | Funkcia | Načítava sa (phr) | Poznámky |
|---|---|---|---|
| PVC živica | Základný polymér | 100 | Stredná/vysoká molekulová hmotnosť pre vyvážené spracovanie/vlastnosti. |
| Primárny plastifikátor | Mäkkosť | 40 – 60 | Možnosť A (Rovnováha medzi nákladmi a výkonom): Čiastočný fosfátový ester (napr. RDP/BDP, 10–20 phr) + DOTP/DINP (30–50 phr). Možnosť B (Priorita nízkych teplôt): DOTP/DINP (50–70 phr) + účinný PN retardér horenia (napr. ADP, 10–15 phr). Cieľ: Dosiahnuť pôvodnú mäkkosť. |
| Primárny spomaľovač horenia | Spomaľovanie horenia, potlačenie dymu | 30 – 50 | Povrchovo upravený MDH alebo zmes MDH/ATH (napr. 70/30). Vysoká čistota, jemné častice, povrchovo upravený. Upravte množstvo pre cieľovú retardáciu horenia. |
| Synergista PN | Vysokoúčinná retardácia horenia, podpora zuhoľnatenia | 10 – 20 | Možnosť 1: Vysokoteplotná APP (fáza II). Možnosť 2: ADP (vyššia účinnosť, nižšie zaťaženie, vyššie náklady). Možnosť 3: Plastifikátory na báze fosfátových esterov (RDP/BDP) – upravte, ak sa už používajú ako plastifikátory. |
| Synergista/potláčač dymu | Zvýšená retardácia horenia, redukcia dymu | 5–15 | Odporúčaná kombinácia: boritan zinočnatý (5–10 phr) + cíničitan zinočnatý (3–8 phr). Voliteľné: MoO₃ (2–5 phr). |
| Stabilizátor Ca/Zn (HICOAT-410) | Tepelná stabilita | 2,0 – 4,0 | Kritické! V porovnaní s formuláciami Sb₂O₃ môže byť potrebné o niečo vyššie množstvo. |
| Epoxidovaný sójový olej (EPOXY) | Kostabilizátor, plastifikátor | 3,0 – 8,0 | Uschovajte pre stabilitu a výkon pri nízkych teplotách. |
| Mazivá | Pomocná látka pri spracovaní, separátor z foriem | 1,0 – 2,5 | ST (kyselina stearová): 0,5–1,5 phr. BZ-500: 0,5–1,0 phr (upraviť podľa funkcie). Optimalizujte pre vysoké množstvo plniva. |
| Pomocná látka pri spracovaní (napr. ACR) | Pevnosť taveniny, tok | 0,5 – 2,0 | Nevyhnutný pre formulácie s vysokým obsahom plniva. Zlepšuje povrchovú úpravu a produktivitu. |
| Ďalšie prísady | Podľa potreby | – | Farbivá, UV stabilizátory, biocídy atď. |
2. Príklad formulácie (vyžaduje optimalizáciu)
| Komponent | Typ | Načítava sa (phr) |
|---|---|---|
| PVC živica | Hodnota K ~65–70 | 100,0 |
| Primárny plastifikátor | DOTP/DINP | 45,0 |
| Plastifikátor na báze fosfátových esterov | PRV | 15,0 |
| Povrchovo upravený MDH | – | 40,0 |
| Aplikácia pre vysoké teploty | Fáza II | 12,0 |
| Boritan zinočnatý | ZB | 8,0 |
| Staničnan zinočnatý | ZS | 5,0 |
| Stabilizátor Ca/Zn | HICOAT-410 | 3,5 |
| Epoxidovaný sójový olej | EPOXID | 5,0 |
| Kyselina stearová | ST | 1,0 |
| BZ-500 | Mazivo | 1,0 |
| Pomôcka na spracovanie ACR | – | 1,5 |
| Farbivá atď. | – | Podľa potreby |
Kritické implementačné kroky
- Potvrdenie podrobností o surovinách:
- Objasniť chemické zloženie
BZ-500aST(pozrite si technické listy dodávateľa). - Overte presné načítanie
Kameraman filmu,EPOXIDaHICOAT-410. - Definujte požiadavky klienta: Cieľová retardácia horenia (napr. hrúbka UL94), mäkkosť (tvrdosť), použitie (automobilový priemysel, nábytok, tašky?), špeciálne potreby (odolnosť voči chladu, UV stabilita, odolnosť voči oderu?), cenové limity.
- Objasniť chemické zloženie
- Vyberte konkrétne triedy spomaľovačov horenia:
- Vyžiadajte si od dodávateľov vzorky bezhalogénových spomaľovačov horenia prispôsobených pre PVC kožu.
- Pre lepšiu disperziu uprednostnite povrchovo upravený ATH/MDH.
- Pre APP použite triedy odolné voči vysokým teplotám.
- V prípade fosfátových esterov uprednostnite RDP/BDP pred TCPP kvôli nižšej migrácii.
- Testovanie a optimalizácia v laboratórnom meradle:
- Pripravte malé dávky s rôznym náplňou (napr. upravte pomery MDH/APP/ZB/ZS).
- Miešanie: Pre rovnomerné rozptýlenie použite vysokorýchlostné miešačky (napr. Henschel). Najprv pridajte kvapaliny (zmäkčovadlá, stabilizátory) a potom prášky.
- Skúšobné spracovanie: Test na výrobnom zariadení (napr. miešačka Banbury + kalandrovanie). Monitorovanie času plastifikácie, viskozity taveniny, krútiaceho momentu, kvality povrchu.
- Testovanie výkonu:
- Odolnosť voči horeniu: UL94, LOI.
- Mechanické vlastnosti: Tvrdosť (Shore A), pevnosť v ťahu, predĺženie.
- Mäkkosť/pocit na dotyk: Subjektívne + testy tvrdosti.
- Flexibilita pri nízkych teplotách: Skúška ohybom za studena.
- Tepelná stabilita: test s konžskou červenou.
- Vzhľad: Farba, lesk, reliéf.
- (Voliteľné) Hustota dymu: Dymová komora NBS.
- Riešenie problémov a vyváženie:
| Problém | Riešenie |
|---|---|
| Nedostatočná retardácia horenia | Zvýšte MDH/ATH alebo APP; pridajte ADP; optimalizujte ZB/ZS; zabezpečte disperziu. |
| Zlé mechanické vlastnosti (napr. nízke predĺženie) | Znížte MDH/ATH; zvýšte synergický účinok PN; použite plnivá s upraveným povrchom; upravte zmäkčovadlá. |
| Problémy so spracovaním (vysoká viskozita, nekvalitný povrch) | Optimalizujte mazivá; zvýšte ACR; skontrolujte miešanie; upravte teploty/rýchlosti. |
| Vysoká cena | Optimalizujte dávkovanie; používajte nákladovo efektívne zmesi ATH/MDH; vyhodnoťte alternatívy. |
- Pilotné a výrobné: Po optimalizácii laboratória vykonajte pilotné skúšky na overenie stability, konzistentnosti a nákladov. Škálovanie zvýšte až po validácii.
Záver
Prechod z PVC kože na báze antimónu na bezhalogénovú spomaľovač horenia je uskutočniteľný, ale vyžaduje si systematický vývoj. Základný prístup kombinuje hydroxidy kovov (najlepšie povrchovo upravený MDH), synergické látky fosforu a dusíka (APP alebo ADP) a multifunkčné látky potláčajúce dym (boritan zinočnatý, cíničitan zinočnatý). Súčasne je kľúčová optimalizácia zmäkčovadiel, stabilizátorov, mazív a pomocných látok pri spracovaní.
Kľúče k úspechu:
- Definujte jasné ciele a obmedzenia (odolnosť voči horeniu, vlastnosti, náklady).
- Vyberte overené bezhalogénové spomaľovače horenia (plnivá s povrchovou úpravou, vysokoteplotné APP).
- Vykonajte prísne laboratórne testy (odolnosť voči horeniu, vlastnosti, spracovanie).
- Zabezpečte rovnomerné miešanie a kompatibilitu s procesom.
More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com
Čas uverejnenia: 12. augusta 2025
