Analiza in optimizacija formulacije zaviralcev gorenja za PVC premaze

Analiza in optimizacija formulacije zaviralcev gorenja za PVC premaze

Stranka izdeluje PVC šotore in mora nanesti premaz, ki zavira gorenje. Trenutna formula je sestavljena iz 60 delov PVC smole, 40 delov TOTM, 30 delov aluminijevega hipofosfita (s 40 % vsebnostjo fosforja), 10 delov MCA, 8 delov cinkovega borata in disperzijskih sredstev. Vendar je učinkovitost zaviranja gorenja slaba, disperzija zaviralcev gorenja pa je prav tako neustrezna. Spodaj je analiza razlogov in predlagana prilagoditev formule.

I. Glavni razlogi za slabo zaviranje gorenja

1. Neuravnotežen sistem zaviralcev gorenja s šibkimi sinergijskimi učinki

• Prekomerni aluminijev hipofosfit (30 delov):
  Čeprav je aluminijev hipofosfit učinkovito zaviralno sredstvo gorenja na osnovi fosforja (vsebnost fosforja 40 %), lahko prekomerno dodajanje (> 25 delov) povzroči:
• Močno povečanje viskoznosti sistema, zaradi česar je disperzija težka in nastanejo aglomerirane vroče točke, ki pospešujejo gorenje ("učinek stenja").
• Zmanjšana žilavost materiala in oslabljene lastnosti tvorbe filma zaradi prekomerne količine anorganskega polnila.
• Visoka vsebnost MCA (10 delov):
  MCA (na osnovi dušika) se običajno uporablja kot sinergist. Ko odmerek preseže 5 delov, se nagiba k migraciji na površino, kar zmanjša učinkovitost zaviralca gorenja in lahko moti delovanje drugih zaviralcev gorenja.
• Pomanjkanje ključnih sinergistov:
  Čeprav ima cinkov borat učinke zatiranja dima, odsotnost spojin na osnovi antimona (npr. antimonovega trioksida) ali kovinskih oksidov (npr. aluminijevega hidroksida) preprečuje nastanek sinergističnega sistema "fosfor-dušik-antimon", kar ima za posledico nezadostno zaviranje gorenja v plinski fazi.

2. Neusklajenost med izbiro mehčala in cilji glede zaviranja gorenja

• TOTM (trioktil trimelitat) ima omejeno zaviranje gorenja:
  TOTM blesti v toplotni odpornosti, vendar je veliko manj učinkovit pri zaviranju gorenja v primerjavi s fosfatnimi estri (npr. TOTP). Za aplikacije z visoko odpornostjo proti gorenju, kot so premazi za šotore, TOTM ne more zagotoviti zadostnih zmogljivosti za zoglenenje in zaščito pred kisikom.
• Premalo mehčala (samo 40 delov):
  Za popolno plastifikacijo PVC smole je običajno potrebnih 60–75 delov mehčala. Nizka vsebnost mehčala vodi do visoke viskoznosti taline, kar še poslabša težave z disperzijo zaviralcev gorenja.

3. Neučinkovit disperzijski sistem, ki vodi do neenakomerne porazdelitve zaviralca gorenja

• Trenutno uporabljeno dispergatorsko sredstvo je lahko splošno uporabno (npr. stearinska kislina ali PE vosek), ki je neučinkovito za visoko obremenjene anorganske zaviralce gorenja (aluminijev hipofosfit + cinkov borat skupaj 48 delov) in povzroča:
• Aglomeracija delcev zaviralca gorenja, ki ustvarja lokalizirane šibke točke v premazu.
• Slab pretok taline med obdelavo, kar povzroča strižno toploto, ki sproži prezgodnji razpad.

4. Slaba združljivost med zaviralci gorenja in PVC-jem

• Anorganski materiali, kot sta aluminijev hipofosfit in cinkov borat, imajo znatne razlike v polarnosti s PVC-jem. Brez modifikacije površine (npr. silanskih veziv) pride do ločevanja faz, kar zmanjša učinkovitost zaviralca gorenja.

II. Pristop k osrednjemu oblikovanju

1. Zamenjajte primarni mehčalec s TOTP

• Izkoristite njegovo odlično lastnost zaviranja gorenja (vsebnost fosforja ≈9 %) in učinek plastificiranja.

2. Optimizirajte razmerja in sinergijo zaviralcev gorenja

• Aluminijev hipofosfit ohranite kot glavni vir fosforja, vendar znatno zmanjšajte njegov odmerek, da izboljšate disperzijo in zmanjšate "učinek stenja".
• Cinkov borat naj bo ključni sinergist (ki spodbuja zoglenenje in zatiranje dima).
• MCA ohranite kot sinergist dušika, vendar zmanjšajte njegov odmerek, da preprečite migracijo.
• Predstaviteultrafini aluminijev hidroksid (ATH)kot večnamenska komponenta:
• Zaviralna sposobnost gorenja:Endotermna razgradnja (dehidracija), hlajenje in redčenje vnetljivih plinov.
• Zatiranje dima:Znatno zmanjša nastajanje dima.
• Polnilo:Znižuje stroške (v primerjavi z drugimi zaviralci gorenja).
• Izboljšana disperzija in pretok (ultrafina kakovost):Lažje se dispergira kot običajni ATH, kar zmanjšuje povečanje viskoznosti.

3. Močne rešitve za težave z razpršitvijo

• Znatno povečajte vsebnost mehčalca:Zagotovite popolno plastifikacijo PVC-ja in zmanjšajte viskoznost sistema.
• Uporabite visoko učinkovite superdisperzante:Posebej zasnovano za visoko obremenjene, lahko aglomerirane anorganske prahove (aluminijev hipofosfit, ATH).
• Optimizirajte obdelavo (predhodno mešanje je ključnega pomena):Zagotovite temeljito vlaženje in razpršitev zaviralcev gorenja.

4. Zagotovite osnovno stabilnost obdelave

• Dodajte zadostno količino toplotnih stabilizatorjev in ustreznih maziv.

III. Revidirana formula za negorljivo PVC

IV. Opombe k formulam in ključne točke

1. TOTP je temeljna fundacija

• 65–75 delovzagotavlja:
• Popolna plastifikacija: PVC potrebuje zadostno količino mehčala za tvorbo mehkega, neprekinjenega filma.
• Zmanjšanje viskoznosti: Ključnega pomena za izboljšanje disperzije visoko obremenjenih anorganskih zaviralcev gorenja.
• Intrinzična zaviralnost gorenja: TOTP je sam po sebi zelo učinkovit mehčalec, ki zavira gorenje.

2. Sinergija zaviralcev gorenja

• Sinergija PNB-Al:Aluminijev hipofosfit (P) + MCA (N) zagotavljata sinergijo baznega PN. Cinkov borat (B, Zn) izboljša zoglenenje in zatiranje dima. Ultrafini ATH (Al) zagotavlja izjemno endotermno hlajenje in zatiranje dima. TOTP prispeva tudi fosfor. To ustvarja večelementni sinergijski sistem.
• Vloga ATH:25–35 delcev ultrafinega ATH pomembno prispeva k zaviranju gorenja in zatiranju dima. Njegova endotermna razgradnja absorbira toploto, sproščena vodna para pa redči kisik in vnetljive pline.Ultrafin in površinsko obdelan ATH je ključnega pomenaza zmanjšanje vpliva viskoznosti in izboljšanje združljivosti s PVC-jem.
• Reducirani aluminijev hipofosfit:Znižano s 30 na 15–20 delov za zmanjšanje obremenitve sistema ob hkratnem ohranjanju prispevka fosforja.
• Zmanjšana MCA:Zmanjšano z 10 na 4–6 delov, da se prepreči migracija.

3. Disperzijska raztopina – ključnega pomena za uspeh

• Superdisperzant (3–4 deli):Bistveno za ravnanje z visoko obremenjenim (50–70 delov skupno anorganskih polnil!) in težko dispergiranim sistemom (aluminijev hipofosfit + ultrafini ATH + cinkov borat).Običajna dispergatorja (npr. kalcijev stearat, PE vosek) niso zadostna!Investirajte v visoko učinkovite superdisperzante in uporabite ustrezne količine.
• Vsebnost mehčala (65–75 delov):Kot zgoraj, zmanjša skupno viskoznost in ustvari boljše okolje za disperzijo.
• Maziva (1–2 dela):Kombinacija notranjih/zunanjih maziv zagotavlja dober pretok med mešanjem in nanašanjem premaza ter preprečuje lepljenje.

4. Obdelava – strog protokol predhodnega mešanja

• 1. korak (suho mešanje anorganskih praškov):
• V visokohitrostni mešalnik dodajte aluminijev hipofosfit, ultrafini ATH, cinkov borat, MCA in vse superdisperzijske snovi.
• Mešajte pri 80–90 °C 8–10 minut. Cilj: Zagotovite, da superdisperzant popolnoma prekrije vsak delec in razbije aglomerate.Čas in temperatura sta ključnega pomena!
• 2. korak (tvorba suspenzije):
• V mešanico iz 1. koraka dodajte večino TOTP (npr. 70–80 %), vse toplotne stabilizatorje in notranja maziva.
• Mešajte pri temperaturi 90–100 °C 5–7 minut, da dobite enakomerno, tekočo, negorljivo zmes. Prepričajte se, da so praški popolnoma navlaženi z mehčali.
• 3. korak (Dodajte PVC in preostale komponente):
• Dodajte PVC smolo, preostali TOTP, zunanja maziva (in antioksidante/UV stabilizatorje, če so dodani na tej stopnji).
• Mešajte pri 100–110 °C 7–10 minut, dokler ne dosežete »suhe točke« (sipkost, brez grudic).Izogibajte se prekomernemu mešanju, da preprečite razgradnjo PVC-ja.
• Hlajenje:Zmes izpraznite in ohladite na <50 °C, da preprečite nastanek grudic.

5. Nadaljnja obdelava

• Ohlajeno suho mešanico uporabite za kalandriranje ali premazovanje.
• Strogo nadzorujte temperaturo obdelave (priporočena temperatura taline ≤ 170–175 °C), da preprečite odpoved stabilizatorja ali prezgodnjo razgradnjo zaviralcev gorenja (npr. ATH).

V. Pričakovani rezultati in previdnostni ukrepi

• Zaviralna sposobnost gorenja:V primerjavi s prvotno formulo (TOTM + visoko vsebnost aluminijevega hipofosfita/MCA) bi morala ta revidirana formula (TOTP + optimizirana razmerja P/N/B/Al) znatno izboljšati zaviranje gorenja, zlasti pri navpičnem gorenju in zatiranju dima. Ciljni standardi, kot je CPAI-84 za šotore. Ključni testi: ASTM D6413 (navpično gorenje).
• Disperzija:Superdisperzant + visok mehčalec + optimizirano predhodno mešanje bi morali močno izboljšati disperzijo, zmanjšati aglomeracijo in izboljšati enakomernost premaza.
• Obdelovalnost:Ustrezna TOTP in maziva naj bi zagotovili nemoteno obdelavo, vendar je treba med dejansko proizvodnjo spremljati viskoznost in lepljenje.
• Stroški:TOTP in superdisperzanti so dragi, vendar reducirani aluminijev hipofosfit in MCA izravnata nekatere stroške. ATH je relativno poceni.

Ključni opomniki:

• Najprej poskusi v majhnem obsegu!Preizkusite v laboratoriju in prilagodite glede na dejanske materiale (zlasti učinkovitost ATH in superdisperzijskih sredstev) in opremo.
• Izbira materiala:
• ATH:Uporabiti je treba ultrafine (D50 ≤ 2 µm), površinsko obdelane (npr. silan) vrste. Za priporočila glede združljivosti s PVC se posvetujte z dobavitelji.
• Superdisperzanti:Uporabljati je treba visoko učinkovite tipe. Dobavitelje obvestite o uporabi (PVC, visoko obremenjena anorganska polnila, zaviralec gorenja brez halogenov).
• TOTP:Zagotovite visoko kakovost.
• Testiranje:Izvedite stroge teste zaviranja gorenja v skladu s ciljnimi standardi. Ocenite tudi odpornost proti staranju/vodi (ključno za zunanje šotore!). UV-stabilizatorji in antioksidanti so bistveni.

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