PVC bevonatok lángálló formulációjának elemzése és optimalizálása

PVC bevonatok lángálló formulációjának elemzése és optimalizálása

Az ügyfél PVC sátrakat gyárt, és égésgátló bevonatot kell felvinnie. A jelenlegi összetétel 60 rész PVC gyantából, 40 rész TOTM-ből, 30 rész alumínium-hipofoszfitból (40% foszfortartalommal), 10 rész MCA-ból, 8 rész cink-borátból, valamint diszpergálószerekből áll. A lángálló teljesítmény azonban gyenge, és az égésgátlók diszperziója sem megfelelő. Az alábbiakban az okok elemzését és a összetétel javasolt módosítását ismertetjük.

I. A rossz égésgátlás fő okai

1. Kiegyensúlyozatlan égésgátló rendszer gyenge szinergikus hatásokkal

• Túlzott alumínium-hipofoszfit (30 rész):
  Bár az alumínium-hipofoszfit hatékony foszfor alapú égésgátló (40% foszfortartalommal), a túlzott adagolás (>25 rész) a következőkhöz vezethet:
• A rendszer viszkozitásának hirtelen növekedése, ami megnehezíti a diszperziót és agglomerált forró pontok kialakulását eredményezi, amelyek felgyorsítják az égést („kanóchatás”).
• A túlzott szervetlen töltőanyag-tartalom miatt csökkent anyagszívósság és romló filmképző tulajdonságok.
• Magas MCA-tartalom (10 rész):
  Az MCA-t (nitrogénalapú) jellemzően szinergistaként használják. Amikor az adagolás meghaladja az 5 rész mennyiséget, hajlamos a felületre kerülni, telítve az égésgátló hatékonyságát és potenciálisan zavarva más égésgátlókat.
• Kulcsfontosságú szinergisták hiánya:
  Míg a cink-borát füstgátló hatással rendelkezik, az antimon alapú (pl. antimon-trioxid) vagy fém-oxid (pl. alumínium-hidroxid) vegyületek hiánya megakadályozza a „foszfor-nitrogén-antimon” szinergikus rendszer kialakulását, ami nem kielégítő gázfázisú égésgátlást eredményez.

2. Eltérés a lágyítószer kiválasztása és a lángállósági célok között

• A TOTM (trioktil-trimellitát) korlátozott lángállósággal rendelkezik:
  A TOTM kiváló hőállósággal rendelkezik, de sokkal kevésbé hatékony az égésgátlásban a foszfát-észterekhez (pl. TOTP) képest. A nagy égésgátlást igénylő alkalmazásokhoz, mint például a sátorbevonatok, a TOTM nem képes elegendő elszenesedési és oxigénzáró képességet biztosítani.
• Nem elegendő összes lágyítószer (csak 40 rész):
  A PVC-gyanta teljes lágyításához jellemzően 60–75 rész lágyító szükséges. Az alacsony lágyítótartalom magas olvadékviszkozitást eredményez, ami tovább súlyosbítja az égésgátló diszperziós problémáit.

3. Nem hatékony diszperziós rendszer, ami egyenetlen égésgátló eloszlást eredményez

• A jelenlegi diszpergálószer lehet általános célú (pl. sztearinsav vagy PE-viasz), amely hatástalan a nagy terhelésű szervetlen égésgátlók (alumínium-hipofoszfit + cink-borát összesen 48 rész) esetén, és a következőket okozza:
• A lángálló részecskék agglomerációja, ami lokalizált gyenge pontokat hoz létre a bevonatban.
• Gyenge olvadékfolyás a feldolgozás során, ami nyíróhőt termel, és idő előtti bomlást okoz.

4. Gyenge kompatibilitás a lángálló anyagok és a PVC között

• A szervetlen anyagok, mint például az alumínium-hipofoszfit és a cink-borát, jelentős polaritásbeli különbséget mutatnak a PVC-hez képest. Felületmódosítás (pl. szilán kapcsolószerek) nélkül fázisszétválás következik be, ami csökkenti az égésgátló hatékonyságát.

II. Alapvető tervezési megközelítés

1. Cserélje ki az elsődleges lágyítót TOTP-re

• Használja ki kiváló belső égésgátló képességét (foszfortartalom ≈9%) és lágyító hatását.

2. Optimalizálja az égésgátló arányokat és a szinergiát

• Az alumínium-hipofoszfitot kell megtartani a fő foszforforrásként, de jelentősen csökkenteni kell az adagolását a diszperzió javítása és a „kanóchatás” minimalizálása érdekében.
• A cink-borátot kulcsfontosságú szinergistaként kell megtartani (elősegíti az elszenesedést és a füstölés elnyomását).
• Tartsa meg az MCA-t nitrogén-szinergistaként, de csökkentse az adagját a migráció megakadályozása érdekében.
• Bemutatkozásultrafinom alumínium-hidroxid (ATH)többfunkciós komponensként:
• Lángállóság:Gyúlékony gázok endoterm bomlása (dehidratáció), hűtése és hígítása.
• Füst elnyomása:Jelentősen csökkenti a füstképződést.
• Töltőanyag:Csökkenti a költségeket (más égésgátlókhoz képest).
• Javított diszperzió és folyás (ultrafinom minőség):Könnyebben diszpergálható, mint a hagyományos ATH, minimalizálva a viszkozitásnövekedést.

3. Hatékony megoldások a diszperziós problémákra

• Jelentősen növelje a lágyítószer tartalmát:Biztosítsa a teljes PVC lágyítást és csökkentse a rendszer viszkozitását.
• Használjon nagy hatékonyságú szuperdiszpergálószereket:Kifejezetten nagy terhelésű, könnyen agglomerálódó szervetlen porokhoz (alumínium-hipofoszfit, ATH) tervezve.
• Optimalizálja a feldolgozást (az előkeverés kritikus fontosságú):Biztosítsa a lánggátlók alapos nedvesítését és szétszóródását.

4. Biztosítsa az alapvető feldolgozási stabilitást

• Adjon hozzá elegendő hőstabilizátort és megfelelő kenőanyagot.

III. Felülvizsgált lángálló PVC-képlet

IV. Képletjegyzetek és főbb pontok

1. A TOTP az alapvető alap

• 65–75 alkatrészbiztosítja:
• Teljes lágyítás: A PVC-nek elegendő lágyítószerre van szüksége a puha, folytonos filmképződéshez.
• Viszkozitáscsökkentés: Kritikus a nagy terhelésű szervetlen égésgátlók diszperziójának javításához.
• Belső égésgátlás: A TOTP önmagában egy rendkívül hatékony égésgátló lágyító.

2. Lángálló szinergia

• PNB-Al szinergia:Az alumínium-hipofoszfit (P) + MCA (N) biztosítja a PN szinergiát. A cink-borát (B, Zn) fokozza az elszenesedést és a füst elnyomását. Az ultrafinom ATH (Al) masszív endoterm hűtést és füst elnyomást biztosít. A TOTP foszfort is tartalmaz. Ez egy több elemből álló szinergikus rendszert hoz létre.
• Az ATH szerepe:A 25–35 rész ultrafinom ATH jelentősen hozzájárul az égésgátláshoz és a füstelnyomáshoz. Endoterm bomlása hőt nyel el, míg a felszabaduló vízgőz hígítja az oxigént és a gyúlékony gázokat.Az ultrafinom és felületkezelt ATH kritikus fontosságúa viszkozitás hatásának minimalizálása és a PVC kompatibilitásának javítása érdekében.
• Redukált alumínium-hipofoszfit:30-ról 15–20 alkatrészre csökkentve a rendszer terhelésének csökkentése, miközben a foszforhozzájárulás megmarad.
• Csökkentett MCA:10-ről 4-6 részre csökkentve a vándorlás megakadályozása érdekében.

3. Diszperziós oldat – A sikerhez elengedhetetlen

• Szuperdiszpergálószer (3–4 rész):Elengedhetetlen a nagy terhelésű (összesen 50–70 rész szervetlen töltőanyag!), nehezen diszpergálható rendszer (alumínium-hipofoszfit + ultrafinom ATH + cink-borát) kezeléséhez.A szokásos diszpergálószerek (pl. kalcium-sztearát, PE-viasz) nem elegendőek!Fektessen be nagy hatékonyságú szuperdiszpergálószerekbe, és használjon megfelelő mennyiséget.
• Lágyítószer-tartalom (65–75 rész):Mint fentebb, csökkenti az általános viszkozitást, jobb diszperziós környezetet teremtve.
• Kenőanyagok (1–2 rész):A belső/külső kenőanyagok kombinációja biztosítja a jó áramlást keverés és bevonás közben, megakadályozva az összetapadást.

4. Feldolgozás – Szigorú előkeverési protokoll

• 1. lépés (szervetlen porok száraz keveréke):
• Adjuk hozzá az alumínium-hipofoszfitot, az ultrafinom ATH-t, a cink-borátot, az MCA-t és az összes szuperdiszpergálószert egy nagy sebességű keverőbe.
• Keverjük 80–90 °C-on 8–10 percig. Cél: Biztosítani kell, hogy a szuperdiszpergálószer teljesen bevonja az egyes részecskéket, és széttörje az agglomerátumokat.Az idő és a hőmérséklet kritikus!
• 2. lépés (Szuszpenzióképződés):
• Adja hozzá a TOTP nagy részét (pl. 70–80%), az összes hőstabilizátort és a belső kenőanyagokat az 1. lépésből származó keverékhez.
• Keverjük 90–100°C-on 5–7 percig, amíg egyenletes, folyós, égésgátló szuszpenziót kapunk. Győződjünk meg róla, hogy a porokat a lágyítók teljesen nedvesítik.
• 3. lépés (PVC és a fennmaradó alkatrészek hozzáadása):
• Adja hozzá a PVC gyantát, a maradék TOTP-t, a külső kenőanyagokat (és az antioxidánsokat/UV-stabilizátorokat, ha ebben a szakaszban adta hozzá).
• Keverjük 100–110°C-on 7–10 percig, amíg el nem éri a „szárazpontot” (szabadon folyó, csomómentes).Kerülje a túlzott keverést a PVC lebomlásának elkerülése érdekében.
• Hűtés:Öntsük ki és hűtsük le a keveréket <50°C-ra a csomósodás elkerülése érdekében.

5. További feldolgozás

• A lehűlt száraz keveréket kalanderezéshez vagy bevonáshoz használja.
• A feldolgozási hőmérsékletet szigorúan ellenőrizni kell (ajánlott olvadékhőmérséklet ≤170–175°C), hogy elkerüljük a stabilizátor meghibásodását vagy az égésgátlók (pl. ATH) idő előtti bomlását.

V. Várható eredmények és óvintézkedések

• Lángállóság:Az eredeti formulához (TOTM + magas alumínium-hipofoszfit/MCA) képest ez az átdolgozott formula (TOTP + optimalizált P/N/B/Al arányok) jelentősen javítja a lángállóságot, különösen a függőleges égési teljesítmény és a füstelnyomás terén. Célzott szabványok, mint például a CPAI-84 sátrak esetében. Főbb vizsgálatok: ASTM D6413 (függőleges égés).
• Diszperzió:A szuperdiszpergálószer + nagy lágyítószer + optimalizált előkeverés jelentősen javítja a diszperziót, csökkenti az agglomerációt és javítja a bevonat egyenletességét.
• Feldolgozhatóság:A megfelelő TOTP és kenőanyagok biztosítják a zökkenőmentes feldolgozást, de a tényleges gyártás során figyelje a viszkozitást és a tapadást.
• Költség:A TOTP és a szuperdiszpergálószerek drágák, de a redukált alumínium-hipofoszfit és az MCA ellensúlyozzák a költségek egy részét. Az ATH viszonylag olcsó.

Fontos emlékeztetők:

• Először kisléptékű kísérletek!Laboratóriumi teszt, és a tényleges anyagok (különösen az ATH és a szuperdiszpergálószer teljesítménye) és a berendezések alapján történő beállítás.
• Anyagválasztás:
• ATH:Ultrafinom (D50 ≤2µm), felületkezelt (pl. szilán) minőségeket kell használni. A PVC-kompatibilis ajánlásokkal kapcsolatban forduljon a beszállítókhoz.
• Szuperdiszpergálószerek:Nagy hatékonyságú típusokat kell használni. Tájékoztassa a beszállítókat az alkalmazásról (PVC, nagy terhelésű szervetlen töltőanyagok, halogénmentes égésgátlás).
• TOTP:Biztosítsa a magas minőséget.
• Tesztelés:Végezzen szigorú lángállósági vizsgálatokat a célzott szabványoknak megfelelően. Értékelje az öregedés-/vízállóságot is (kritikus a kültéri sátrak esetében!). Az UV-stabilizátorok és antioxidánsok elengedhetetlenek.

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