Halogēnbrīvas, liesmu slāpējošas PVC ādas formulas pārveidošana
Ievads
Klients ražo liesmu slāpējošu PVC ādu un iepriekš izmantoja antimona trioksīdu (Sb₂O₃). Tagad viņu mērķis ir pilnībā atteikties no Sb₂O₃ un pāriet uz halogēnu nesaturošiem liesmas slāpētājiem. Pašreizējā formula ietver PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 un antimonu. Pāreja no uz antimona bāzes veidotas PVC ādas formulas uz halogēnu nesaturošu liesmas slāpējošu sistēmu ir ievērojams tehnoloģisks uzlabojums. Šī pāreja ne tikai atbilst arvien stingrākiem vides noteikumiem (piemēram, RoHS, REACH), bet arī uzlabo produkta “zaļo” tēlu un tirgus konkurētspēju.
Galvenie izaicinājumi
- Sinerģiskā efekta zudums:
- Sb₂O₃ pats par sevi nav spēcīgs liesmas slāpētājs, taču tam piemīt lieliska sinerģiska liesmas slāpēšanas iedarbība ar hloru PVC, ievērojami uzlabojot efektivitāti. Lai atdalītu antimonu, ir jāatrod alternatīva halogēnu nesaturoša sistēma, kas atkārto šo sinerģiju.
- Liesmas slāpēšanas efektivitāte:
- Halogēnu nesaturošiem liesmas slāpētājiem bieži vien ir nepieciešama lielāka slodze, lai sasniegtu līdzvērtīgus liesmas slāpēšanas vērtējumus (piemēram, UL94 V-0), kas var ietekmēt mehāniskās īpašības (mīkstumu, stiepes izturību, pagarinājumu), apstrādes veiktspēju un izmaksas.
- PVC ādas raksturojums:
- PVC ādai ir nepieciešamas izcilas mīkstuma, sajūtas rokā, virsmas apdare (reljefs, spīdums), izturība pret laikapstākļiem, migrācijas izturība un elastība zemā temperatūrā. Jaunajai formulai ir jāsaglabā vai tuvu jāatbilst šīm īpašībām.
- Apstrādes veiktspēja:
- Liels halogēnu nesaturošu pildvielu (piemēram, ATH) daudzums var ietekmēt kausējuma plūsmu un apstrādes stabilitāti.
- Izmaksu apsvērumi:
- Daži augstas efektivitātes halogēnu nesaturoši liesmas slāpētāji ir dārgi, tāpēc ir nepieciešams līdzsvars starp veiktspēju un izmaksām.
Halogēnbrīvu liesmas slāpēšanas sistēmu izvēles stratēģija (PVC mākslīgajai ādai)
1. Primārie liesmas slāpētāji – metālu hidroksīdi
- Alumīnija trihidroksīds (ATH):
- Visizplatītākais, izmaksu ziņā efektīvs.
- Mehānisms: Endotermiska sadalīšanās (~200°C), atbrīvojot ūdens tvaikus, lai atšķaidītu viegli uzliesmojošas gāzes un skābekli, vienlaikus veidojot aizsargājošu virsmas slāni.
- Trūkumi: zema efektivitāte, nepieciešama liela slodze (40–70 phr), ievērojami samazina mīkstumu, stiepes spēju un apstrādājamību; sadalīšanās temperatūra ir zema.
- Magnija hidroksīds (MDH):
- Augstāka sadalīšanās temperatūra (~340 °C), labāk piemērota PVC apstrādei (160–200 °C).
- Trūkumi: nepieciešamas līdzīgas lielas slodzes (40–70 phr); nedaudz augstākas izmaksas nekā ATH; var būt lielāka mitruma absorbcija.
Stratēģija:
- Lai līdzsvarotu izmaksas, apstrādes temperatūras pielāgojamību un liesmas aizkavēšanu, dodiet priekšroku MDH vai ATH/MDH maisījumam (piemēram, 70/30).
- Ar virsmu apstrādāts (piemēram, ar silānu savienots) ATH/MDH uzlabo saderību ar PVC, mazina īpašību degradāciju un uzlabo liesmas aizkavēšanu.
2. Ugunsdroši sinerģisti
Lai samazinātu primāro liesmas slāpētāju daudzumu un uzlabotu efektivitāti, sinerģisti ir svarīgi:
- Fosfora-slāpekļa liesmas slāpētāji: ideāli piemēroti halogēnu nesaturošām PVC sistēmām.
- Amonija polifosfāts (APP): veicina pārogļošanos, veidojot uzbriestošu izolācijas slāni.
- Piezīme: Lai izvairītos no sadalīšanās apstrādes laikā, izmantojiet augstas temperatūras izturīgas markas (piemēram, II fāzes, >280°C). Daži APP var ietekmēt caurspīdīgumu un ūdensizturību.
- Alumīnija dietilfosfināts (ADP): Augsta efektivitāte, zema slodze (5–20 phr), minimāla ietekme uz īpašībām, laba termiskā stabilitāte.
- Trūkums: augstākas izmaksas.
- Fosfātu esteri (piemēram, RDP, BDP, TCPP): darbojas kā plastificējoši liesmas slāpētāji.
- Plusi: Divkārša funkcija (plastifikators + liesmas slāpētājs).
- Mīnusi: Mazas molekulas (piemēram, TCPP) var migrēt/iztvaikot; RDP/BDP plastifikācijas efektivitāte ir zemāka nekā DOP, un tie var samazināt elastību zemā temperatūrā.
- Amonija polifosfāts (APP): veicina pārogļošanos, veidojot uzbriestošu izolācijas slāni.
- Cinka borāts (ZB):
- Zemas izmaksas, daudzfunkcionāls (liesmas slāpētājs, dūmu slāpētājs, pārogļošanās veicinātājs, pretpilēšanas līdzeklis). Labi sinerģizē ar ATH/MDH un fosfora-slāpekļa sistēmām. Tipiska slodze: 3–10 phr.
- Cinka stanāts/hidroksistanāts:
- Lieliski dūmu slāpētāji un liesmu slāpējoši sinerģisti, īpaši hloru saturošiem polimēriem (piemēram, PVC). Var daļēji aizstāt antimona sinerģisko lomu. Tipiska slodze: 2–8 phr.
- Molibdēna savienojumi (piemēram, MoO₃, amonija molibdāts):
- Spēcīgi dūmu slāpētāji ar liesmu slāpējošu sinerģiju. Tipiska slodze: 2–5 phr.
- Nano pildvielas (piemēram, nanomāls):
- Zema slodze (3–8 phr) uzlabo liesmas aizkavēšanu (ogļu veidošanos, samazinātu siltuma izdalīšanās ātrumu) un mehāniskās īpašības. Dispersija ir kritiski svarīga.
3. Dūmu slāpētāji
PVC degšanas laikā rada spēcīgus dūmus. Halogēnu nesaturošām formulām bieži vien ir nepieciešama dūmu slāpēšana. Cinka borāts, cinka stannāts un molibdēna savienojumi ir lieliska izvēle.
Piedāvātais halogēnu nesaturošais liesmas slāpētājs (pamatojoties uz klienta sākotnējo formulu)
Mērķis: Sasniegt UL94 V-0 (1,6 mm vai biezāku), vienlaikus saglabājot maigumu, apstrādājamību un galvenās īpašības.
Pieņēmumi:
- Sākotnējā formula:
- DOP: 50–70 phr (plastifikators).
- ST: Visticamāk, stearīnskābe (smērviela).
- HICOAT-410: Ca/Zn stabilizators.
- BZ-500: Visticamāk, smērviela/apstrādes līdzeklis (lai apstiprinātu).
- EPOKSĪVSIEKA: Epoksidēta sojas pupiņu eļļa (līdzstabilizators/plastifikators).
- Antimons: Sb₂O₃ (jānoņem).
1. Ieteicamais formulas ietvars (uz 100 phr PVC sveķu)
| Komponents | Funkcija | Iekraušana (phr) | Piezīmes |
|---|---|---|---|
| PVC sveķi | Bāzes polimērs | 100 | Vidēja/augsta molekulmasa līdzsvarotai apstrādei/īpašībām. |
| Primārais plastifikators | Mīkstums | 40–60 | A variants (izmaksu/veiktspējas līdzsvars): daļējs fosfāta esteris (piemēram, RDP/BDP, 10–20 phr) + DOTP/DINP (30–50 phr). B variants (zemas temperatūras prioritāte): DOTP/DINP (50–70 phr) + efektīvs PN liesmas slāpētājs (piemēram, ADP, 10–15 phr). Mērķis: saglabāt sākotnējo mīkstumu. |
| Primārais liesmas slāpētājs | Liesmas slāpēšana, dūmu slāpēšana | 30–50 | Ar virsmu apstrādāts MDH vai MDH/ATH maisījums (piemēram, 70/30). Augsta tīrības pakāpe, smalkas daļiņas, apstrādāta virsma. Pielāgojiet slodzi mērķa liesmas aizkavēšanai. |
| PN sinerģists | Augstas efektivitātes liesmas slāpēšana, oglekļa veidošanās veicināšana | 10–20 | 1. izvēle: augstas temperatūras APP (II fāze). 2. izvēle: ADP (augstāka efektivitāte, mazāka slodze, augstākas izmaksas). 3. izvēle: fosfātu estera plastifikatori (RDP/BDP) — pielāgojiet, ja tie jau tiek izmantoti kā plastifikatori. |
| Sinerģists/dūmu slāpētājs | Paaugstināta liesmas aizkavēšana, dūmu samazināšana | 5–15 | Ieteicamā kombinācija: cinka borāts (5–10 phr) + cinka stannāts (3–8 phr). Pēc izvēles: MoO₃ (2–5 phr). |
| Ca/Zn stabilizators (HICOAT-410) | Termiskā stabilitāte | 2,0–4,0 | Kritiski svarīgi! Var būt nepieciešams nedaudz lielāks daudzums, salīdzinot ar Sb₂O₃ formulām. |
| Epoksidēta sojas pupiņu eļļa (EPOKSĪ) | Līdzstabilizators, plastifikators | 3,0–8,0 | Saglabājiet stabilitāti un veiktspēju zemā temperatūrā. |
| Smērvielas | Apstrādes līdzeklis, veidņu atbrīvošana | 1,0–2,5 | ST (stearīnskābe): 0,5–1,5 phr. BZ-500: 0,5–1,0 phr (pielāgot atkarībā no funkcijas). Optimizēt lielam pildvielu daudzumam. |
| Pārstrādes līdzeklis (piemēram, ACR) | Kušanas stiprība, plūsma | 0,5–2,0 | Būtiska formulām ar augstu pildvielu saturu. Uzlabo virsmas apdari un produktivitāti. |
| Citas piedevas | Pēc nepieciešamības | – | Krāsvielas, UV stabilizatori, biocīdi utt. |
2. Formulējuma piemērs (nepieciešama optimizācija)
| Komponents | Tips | Iekraušana (phr) |
|---|---|---|
| PVC sveķi | K vērtība ~65–70 | 100,0 |
| Primārais plastifikators | DOTP/DINP | 45,0 |
| Fosfāta estera plastifikators | LAP | 15,0 |
| Virsmas apstrādāts MDH | – | 40,0 |
| Augstas temperatūras lietotne | II fāze | 12.0 |
| Cinka borāts | ZB | 8.0 |
| Cinka stannāts | ZS | 5.0 |
| Ca/Zn stabilizators | HICOAT-410 | 3.5 |
| Epoksidēta sojas pupiņu eļļa | EPOKSĪDSVEIDS | 5.0 |
| Stearīnskābe | ST | 1.0 |
| BZ-500 | Smērviela | 1.0 |
| ACR apstrādes līdzeklis | – | 1.5 |
| Krāsvielas utt. | – | Pēc nepieciešamības |
Kritiski ieviešanas soļi
- Apstipriniet izejvielu informāciju:
- Noskaidrojiet ķīmisko identitāti
BZ-500unST(skatīt piegādātāja datu lapas). - Pārbaudiet precīzu slodzi
DOP,EPOKSĪDSVEIDSunHICOAT-410. - Definējiet klienta prasības: mērķa liesmas aizkavēšana (piemēram, UL94 biezums), maigums (cietība), pielietojums (automobiļi, mēbeles, somas?), īpašas vajadzības (aukstuma izturība, UV stabilitāte, nodilumizturība?), izmaksu ierobežojumi.
- Noskaidrojiet ķīmisko identitāti
- Izvēlieties konkrētas liesmas slāpēšanas pakāpes:
- Pieprasiet no piegādātājiem halogēnus nesaturošus liesmas slāpētāju paraugus, kas pielāgoti PVC ādai.
- Labākai dispersijai prioritāri piešķiriet virsmas apstrādātu ATH/MDH.
- APP gadījumā izmantojiet augstas temperatūras izturīgas markas.
- Fosfātu esteru gadījumā, lai samazinātu migrāciju, priekšroka dodama RDP/BDP, nevis TCPP.
- Laboratorijas mēroga testēšana un optimizācija:
- Sagatavot nelielas partijas ar dažādu pildvielu daudzumu (piemēram, pielāgot MDH/APP/ZB/ZS attiecības).
- Sajaukšana: Vienmērīgai dispersijai izmantojiet ātrgaitas maisītājus (piemēram, Henschel). Vispirms pievienojiet šķidrumus (plastifikatorus, stabilizatorus), pēc tam pulverus.
- Apstrādes izmēģinājumi: Pārbaude uz ražošanas iekārtām (piemēram, Banbury maisītājs + kalandrēšana). Uzrauga plastifikācijas laiku, kausējuma viskozitāti, griezes momentu, virsmas kvalitāti.
- Veiktspējas pārbaude:
- Ugunsdrošība: UL94, LOI.
- Mehāniskās īpašības: cietība (pēc Šora A skalas), stiepes izturība, pagarinājums.
- Mīkstums/sajūta rokā: subjektīvi + cietības testi.
- Zemas temperatūras elastība: aukstās lieces tests.
- Termiskā stabilitāte: Kongo sarkanā tests.
- Izskats: Krāsa, spīdums, reljefs.
- (Pēc izvēles) Dūmu blīvums: NBS dūmu kamera.
- Problēmu novēršana un balansēšana:
| Problēma | Risinājums |
|---|---|
| Nepietiekama liesmas aizkavēšana | Palielināt MDH/ATH vai APP; pievienot ADP; optimizēt ZB/ZS; nodrošināt izkliedi. |
| Sliktas mehāniskās īpašības (piemēram, zems pagarinājums) | Samazināt MDH/ATH; palielināt PN sinerģistu; lietot virsmas apstrādātas pildvielas; pielāgot plastifikatorus. |
| Apstrādes grūtības (augsta viskozitāte, slikta virsma) | Optimizējiet smērvielas; palieliniet ACR; pārbaudiet sajaukšanu; pielāgojiet temperatūru/ātrumu. |
| Augstas izmaksas | Optimizēt iekraušanu; izmantot rentablus ATH/MDH maisījumus; izvērtēt alternatīvas. |
- Pilotprojekts un ražošana: Pēc laboratorijas optimizācijas veiciet pilotprojektus, lai pārbaudītu stabilitāti, konsekvenci un izmaksas. Palieliniet mērogu tikai pēc validācijas.
Secinājums
Pāreja no uz antimona bāzes izgatavotas uz halogēnu nesaturošu liesmu slāpējošu PVC ādu ir iespējama, taču nepieciešama sistemātiska attīstība. Pamatpieejā ir apvienoti metālu hidroksīdi (vēlams, ar virsmas apstrādi apstrādāts MDH), fosfora-slāpekļa sinerģisti (APP vai ADP) un daudzfunkcionāli dūmu slāpētāji (cinka borāts, cinka stannāts). Vienlaikus ir kritiski svarīgi optimizēt plastifikatorus, stabilizatorus, smērvielas un apstrādes palīglīdzekļus.
Panākumu atslēgas:
- Definējiet skaidrus mērķus un ierobežojumus (liesmas aizkavēšana, īpašības, izmaksas).
- Izvēlieties pārbaudītus halogēnu nesaturošus liesmas slāpētājus (virsmas apstrādātas pildvielas, augstas temperatūras APP).
- Veikt stingrus laboratorijas testus (liesmas aizkavēšana, īpašības, apstrāde).
- Nodrošiniet vienmērīgu sajaukšanu un procesa saderību.
More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com
Publicēšanas laiks: 2025. gada 12. augusts
