Bezhalogénová formulácia spomaľovača horenia pre TPU náterový systém s použitím rozpúšťadla DMF

Bezhalogénová formulácia spomaľovača horenia pre TPU náterový systém s použitím rozpúšťadla DMF

V prípade TPU náterových systémov s použitím dimetylformamidu (DMF) ako rozpúšťadla si použitie fosfornanu hlinitého (AHP) a boritanu zinočnatého (ZB) ako spomaľovačov horenia vyžaduje systematické hodnotenie. Nižšie je uvedená podrobná analýza a implementačný plán:

I. Analýza uskutočniteľnosti hypofosforitanu hlinitého (AHP)

1. Mechanizmus a výhody spomaľovača horenia

• Mechanizmus:
• Rozkladá sa pri vysokých teplotách za vzniku kyseliny fosforečnej a metafosforečnej, čo podporuje tvorbu zuhoľnatenia v TPU (kondenzovaná fázová spomaľovacia schopnosť horenia).
• Uvoľňuje PO· radikály, aby prerušil reťazové reakcie horenia (plynná fáza, spomaľujúca horenie).
• Výhody:
• Bez halogénov, s nízkou dymivosťou, nízkou toxicitou, v súlade s RoHS/REACH.
• Dobrá tepelná stabilita (teplota rozkladu ≈300 °C), vhodná pre procesy sušenia TPU (typicky <150 °C).

2. Problémy a riešenia aplikácie

3. Odporúčané zloženie a postup

• Príklad formulácie:
• TPU/DMF základ: 100 phr
• Povrchovo modifikovaný AHP: 20 phr
• Boritan zinočnatý (ZB): 5 phr (synergia potlačenia dymu)
• Dispergačné činidlo (BYK-110): 1,5 phr
• Kľúčové body procesu:
• Predmiešajte AHP s dispergačným činidlom a čiastočným DMF pri vysokom strihu (≥3000 ot./min., 30 min.) a potom zmiešajte s suspenziou TPU.
• Sušenie po nanesení vrstvy: 120 – 150 °C, predĺžiť čas o 10 %, aby sa zabezpečilo úplné odparenie DMF.

II. Analýza uskutočniteľnosti boritanu zinočnatého (ZB)

1. Mechanizmus a výhody spomaľovača horenia

• Mechanizmus:
• Pri vysokých teplotách vytvára sklenenú vrstvu B₂O₃, ktorá blokuje kyslík a teplo (kondenzovaná fázová spomaľovacia schopnosť horenia).
• Uvoľňuje viazanú vodu (~13 %), riedi horľavé plyny a ochladzuje systém.
• Výhody:
• Silný synergický účinok s AHP alebo hydroxidom hlinitým (ATH).
• Vynikajúce potlačenie dymu, ideálne pre aplikácie s nízkym obsahom dymu.

2. Problémy a riešenia aplikácie

3. Odporúčané zloženie a postup

• Príklad formulácie:
• TPU/DMF základ: 100 phr
• Nano-veľkosť ZB: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Zmáčadlo (Tego 750W): 1 phr
• Kľúčové body procesu:
• Pred zmiešaním so suspenziou TPU dispergujte ZB v DMF pomocou guľôčkového mletia (veľkosť častíc ≤ 2 μm).
• Predĺžte čas schnutia (napr. o 30 minút), aby ste predišli ovplyvneniu samozhášacej schopnosti zvyškovou vlhkosťou.

III. Synergické hodnotenie systému AHP + ZB

1. Synergické účinky spomaľovania horenia

• Synergia plynnej fázy a kondenzovanej fázy:
• AHP poskytuje fosfor na zuhoľnatenie, zatiaľ čo ZB stabilizuje vrstvu zuhoľnatenia a potláča dosvit.
• Kombinovaný LOI: 28 – 30 %, dosiahnuteľné podľa UL94 V-0 (1,6 mm).
• Potlačenie dymu:
• ZB znižuje emisie dymu o >50 % (test s kužeľovým kalorimetrom).

2. Odporúčania pre vyváženie výkonnosti

• Kompenzácia mechanických vlastností:
• Na zachovanie flexibility (predĺženie > 300 %) pridajte 2 – 3 % zmäkčovadla TPU (napr. polykaprolaktónpolyol).
• Na minimalizáciu straty pevnosti v ťahu použite ultrajemné prášky (AHP/ZB <2 μm).
• Kontrola stability procesu:
• Pre rovnomerné nanášanie náteru udržiavajte viskozitu suspenzie na úrovni 2000 – 4000 cP (Brookfield RV, vreteno 4, 20 ot./min.).

IV. Porovnanie s tekutými spomaľovačmi horenia na báze rozpúšťadiel

V. Odporúčané implementačné kroky

1. Testovanie v laboratórnom meradle:

• Vyhodnoťte AHP/ZB jednotlivo a v kombinácii (gradientné zaťaženie: 10 %, 15 %, 20 %).
• Posúďte stabilitu disperzie (žiadna sedimentácia po 24 hodinách), zmeny viskozity a rovnomernosť náteru.

1. Validácia v pilotnom meradle:

• Optimalizujte podmienky sušenia (čas/teplota) a otestujte odolnosť voči horeniu (UL94, LOI) a mechanické vlastnosti.
• Porovnajte náklady: Ak AHP+ZB zníži náklady o >30 % v porovnaní s kvapalnými FR, je to ekonomicky životaschopné.

1. Príprava na zväčšenie:

• Spolupracovať s dodávateľmi na vývoji preddispergovaných masterbatche AHP/ZB (na báze DMF) pre zjednodušenú výrobu.

VI. Záver

Pri kontrolovaných disperzných procesoch môžu AHP a ZB slúžiť ako účinné spomaľovače horenia pre nátery TPU/DMF za predpokladu, že:

1. Modifikácia povrchu + disperzia pri vysokom strihusa aplikuje na zabránenie zhlukovaniu častíc.
2. AHP (primárny) + ZB (synergistický)vyvažuje efektívnosť a náklady.
3. Prevysoká transparentnosť/flexibilitapožiadavky, zostávajú vhodnejšie kvapalné fosforovo-dusíkaté FR (napr. Levagard 4090N).

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO a REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com