Halogeenivaba leegiaeglustava PVC-naha koostise muundamine

Halogeenivaba leegiaeglustava PVC-naha koostise muundamine

Sissejuhatus

Klient toodab leegiaeglustavat PVC-nahka ja varem kasutas antimontrioksiidi (Sb₂O₃). Nüüd on nende eesmärk Sb₂O₃ täielikult eemaldada ja minna üle halogeenivabadele leegiaeglustitele. Praegune koostis sisaldab PVC-d, DOP-d, EPOXY-d, BZ-500, ST-d, HICOAT-410-t ja antimoni. Üleminek antimonipõhiselt PVC-naha koostiselt halogeenivabale leegiaeglustavale süsteemile kujutab endast olulist tehnoloogilist uuendust. See üleminek mitte ainult ei vasta üha rangematele keskkonnanõuetele (nt RoHS, REACH), vaid parandab ka toote „rohelist“ mainet ja turukonkurentsivõimet.

Peamised väljakutsed

1. Sünergilise efekti kadumine:
   • Sb₂O₃ ei ole iseenesest tugev leegiaeglustaja, kuid sellel on PVC-s klooriga suurepärane sünergiline leegiaeglustav toime, parandades oluliselt efektiivsust. Antimoni eemaldamiseks on vaja leida alternatiivne halogeenivaba süsteem, mis seda sünergiat kordab.
2. Leegiaeglustuse efektiivsus:
   • Halogeenivabad leegiaeglustid vajavad samaväärse leegiaeglusti reitingu (nt UL94 V-0) saavutamiseks sageli suuremat sisaldust, mis võib mõjutada mehaanilisi omadusi (pehmus, tõmbetugevus, venivus), töötlemisvõimet ja kulusid.
3. PVC naha omadused:
   • PVC-nahalt nõutakse suurepärast pehmust, käetunnetust, pinnaviimistlust (reljeeftrükk, läige), ilmastikukindlust, migratsioonikindlust ja madala temperatuuriga paindlikkust. Uus koostis peab neid omadusi säilitama või neile täpselt vastama.
4. Töötlemise jõudlus:
   • Halogeenivabade täiteainete (nt ATH) suur sisaldus võib mõjutada sulavoolu ja töötlemise stabiilsust.
5. Kulude kaalutlused:
   • Mõned ülitõhusad halogeenivabad leegiaeglustid on kallid, mistõttu on vaja leida tasakaal jõudluse ja kulude vahel.

Halogeenivabade leegiaeglustavate süsteemide valikustrateegia (PVC-kunstnaha jaoks)

1. Primaarsed leegiaeglustid – metallhüdroksiidid

• Alumiiniumtrihüdroksiid (ATH):
  • Kõige levinum, kulutõhusam.
  • Mehhanism: Endotermiline lagunemine (~200 °C), mille käigus vabaneb veeaur, mis lahjendab tuleohtlikke gaase ja hapnikku, moodustades samal ajal kaitsva pinnakihi.
  • Puudused: madal efektiivsus, vajalik suur laadimiskogus (40–70 phr), vähendab oluliselt pehmust, venivust ja töödeldavust; lagunemistemperatuur on madal.
• Magneesiumhüdroksiid (MDH):
  • Kõrgem lagunemistemperatuur (~340 °C), sobib paremini PVC töötlemiseks (160–200 °C).
  • Puudused: Vajalik on sarnane suur täitekogus (40–70 phr); veidi kõrgem hind kui ATH-l; võib omada suuremat niiskuseimavust.

Strateegia:

• Eelistage MDH-d või ATH/MDH segu (nt 70/30), et tasakaalustada kulusid, töötlemistemperatuuri kohandatavust ja leegiaeglustit.
• Pinnatöötlusega (nt silaaniga sidestatud) ATH/MDH parandab ühilduvust PVC-ga, leevendab omaduste halvenemist ja suurendab leegiaeglustit.

2. Leegiaeglustavad sünergistid

Primaarsete leegiaeglustite sisalduse vähendamiseks ja efektiivsuse parandamiseks on sünergistid hädavajalikud:

• Fosfor-lämmastik leegiaeglustid: ideaalsed halogeenivabadele PVC-süsteemidele.
  • Ammooniumpolüfosfaat (APP): soodustab söestumist, moodustades paisuva isoleeriva kihi.
    • Märkus: Töötlemise ajal lagunemise vältimiseks kasutage kõrge temperatuuri taluvaid klasse (nt II faas, >280 °C). Mõned APP-d võivad mõjutada läbipaistvust ja veekindlust.
  • Alumiiniumdietüülfosfinaat (ADP): Väga efektiivne, madal laadimisvajadus (5–20 phr), minimaalne mõju omadustele, hea termiline stabiilsus.
    • Puudus: Kõrgem hind.
  • Fosfaatestrid (nt RDP, BDP, TCPP): toimivad plastifitseerivate leegiaeglustitena.
    • Plussid: Kahekordne roll (plastifikaator + leegiaeglustaja).
    • Miinused: Väikesed molekulid (nt TCPP) võivad migreeruda/lenduda; RDP/BDP plastifitseerimise efektiivsus on madalam kui DOP-l ja see võib vähendada madalatemperatuurset paindlikkust.
• Tsinkboraat (ZB):
  • Odav, multifunktsionaalne (leegiaeglustaja, suitsu summutaja, söestumise soodustaja, tilkumisvastane). Toimib hästi sünergiliselt ATH/MDH ja fosfor-lämmastik süsteemidega. Tüüpiline laadimiskogus: 3–10 phr.
• Tsinkstannaat/hüdroksüstannaat:
  • Suurepärased suitsu summutajad ja leegiaeglustavad sünergistid, eriti kloori sisaldavate polümeeride (nt PVC) jaoks. Võib osaliselt asendada antimoni sünergistlikku rolli. Tüüpiline sisaldus: 2–8 phr.
• Molübdeeniühendid (nt MoO₃, ammooniummolübdaat):
  • Tugevad suitsu summutajad leegiaeglustava sünergiaga. Tüüpiline sisaldus: 2–5 phr.
• Nanotäiteained (nt Nanoclay):
  • Madalad laadimised (3–8 phr) parandavad leegiaeglustit (söe teke, vähenenud soojuseraldus) ja mehaanilisi omadusi. Dispersioon on kriitilise tähtsusega.

3. Suitsu summutajad

PVC tekitab põlemisel tugevat suitsu. Halogeenivabad koostised vajavad sageli suitsu summutamist. Tsinkboraat, tsinkstannaat ja molübdeeniühendid on suurepärased valikud.

Kavandatud halogeenivaba leegiaeglustaja koostis (põhineb kliendi algsel koostisel)

Eesmärk: saavutada UL94 V-0 (1,6 mm või paksem), säilitades samal ajal pehmuse, töödeldavuse ja põhiomadused.

Eeldused:

• Algne koostis:
  • DOP: 50–70 phr (plastifikaator).
  • ST: Tõenäoliselt steariinhape (määrdeaine).
  • HICOAT-410: Ca/Zn stabilisaator.
  • BZ-500: Tõenäoliselt määrdeaine/töötlemisabiaine (kinnitamiseks).
  • EPOKSÜ: Epoksüdeeritud sojaõli (kaasstabilisaator/plastifikaator).
  • Antimon: Sb₂O₃ (eemaldatav).

1. Soovitatav koostise raamistik (100 phr PVC-vaigu kohta)

2. Näidisvalem (nõuab optimeerimist)

Kriitilised rakendamisetapid

1. Kinnitage tooraine üksikasjad:
   • Selgitage keemilisi identiteeteBZ-500jaST(vt tarnija andmelehti).
   • Kontrollige täpseid laadimiskoguseidDOP,EPOKSÜjaHICOAT-410.
   • Määrake kliendi nõuded: soovitud leegiaeglustus (nt paksus vastavalt UL94-le), pehmus (kõvadus), kasutusala (autotööstus, mööbel, kotid?), erivajadused (külmakindlus, UV-stabiilsus, kulukindlus?), kulupiirangud.
2. Valige konkreetsed leegiaeglusti klassid:
   • Küsige tarnijatelt PVC-naha jaoks kohandatud halogeenivabu leegiaeglusti näidiseid.
   • Parema hajumise saavutamiseks eelistage pinnatöötlusega ATH/MDH-d.
   • APP puhul kasutage kõrgele temperatuurile vastupidavaid klasse.
   • Fosfaatestrite puhul eelistage migratsiooni vähendamiseks TCPP-le RDP/BDP-d.
3. Laboritasemel testimine ja optimeerimine:
   • Valmista ette väikesed partiid erinevate täitematerjalidega (nt kohanda MDH/APP/ZB/ZS suhteid).
   • Segamine: Ühtlase dispersiooni saavutamiseks kasutage kiireid segisteid (nt Henschel). Lisage kõigepealt vedelikud (plastifikaatorid, stabilisaatorid) ja seejärel pulbrid.
   • Töötlemiskatsed: Katse tootmisseadmetel (nt Banbury segisti + kalandreerimine). Jälgida plastifitseerumisaega, sulaviskoossust, pöördemomenti ja pinnakvaliteeti.
   • Jõudluse testimine:
     • Leegiaeglustus: UL94, LOI.
     • Mehaanilised omadused: kõvadus (Shore A), tõmbetugevus, venivus.
     • Pehmus/käetunnetus: subjektiivsed + kõvadustestid.
     • Madala temperatuuriga paindlikkus: külmpaindekatse.
     • Termiline stabiilsus: Kongo punase värvuse test.
     • Välimus: Värvus, läige, reljeeftrükk.
     • (Valikuline) Suitsu tihedus: NBS suitsukamber.
4. Veaotsing ja tasakaalustamine:

5. Katse- ja tootmisprojekt: Pärast labori optimeerimist viige läbi katseprojektid stabiilsuse, järjepidevuse ja kulude kontrollimiseks. Suurendage mastaapi alles pärast valideerimist.

Kokkuvõte

Üleminek antimonipõhiselt halogeenivabale leegiaeglustavale PVC-nahale on teostatav, kuid nõuab süstemaatilist arendamist. Põhimeetod ühendab metallhüdroksiide (eelistatavalt pinnatöötlusega MDH), fosfor-lämmastiku sünergiste (APP või ADP) ja multifunktsionaalseid suitsu summutajaid (tsinkboraat, tsinkstannaat). Samal ajal on kriitilise tähtsusega plastifikaatorite, stabilisaatorite, määrdeainete ja abiainete optimeerimine.

Edu võtmed:

1. Määrake selged eesmärgid ja piirangud (leegiaeglustus, omadused, maksumus).
2. Valige tõestatud halogeenivabad leegiaeglustid (pinnatöötlusega täiteained, kõrgtemperatuuriline APP).
3. Viige läbi ranged laborikatsetused (leegiaeglustus, omadused, töötlemine).
4. Tagage ühtlane segamine ja protsessi ühilduvus.

   More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com