Pretvorba formulacije za halogensko negorljivo PVC usnje

Pretvorba formulacije za halogensko negorljivo PVC usnje

Uvod

Stranka proizvaja negorljivo PVC usnje in prej uporabljen antimonov trioksid (Sb₂O₃). Zdaj si prizadevajo odpraviti Sb₂O₃ in preiti na negorljive snovi brez halogenov. Trenutna formulacija vključuje PVC, DOP, EPOKSI, BZ-500, ST, HICOAT-410 in antimon. Prehod s formulacije PVC usnja na osnovi antimona na negorljiv sistem brez halogenov predstavlja pomembno tehnološko nadgradnjo. Ta sprememba ne le izpolnjuje vse strožje okoljske predpise (npr. RoHS, REACH), temveč tudi krepi »zeleno« podobo izdelka in njegovo konkurenčnost na trgu.

Ključni izzivi

1. Izguba sinergijskega učinka:
   • Sb₂O₃ sam po sebi ni močan zaviralec gorenja, vendar kaže odlične sinergijske učinke zaviranja gorenja s klorom v PVC-ju, kar znatno izboljša učinkovitost. Odstranjevanje antimona zahteva iskanje alternativnega sistema brez halogenov, ki posnema to sinergijo.
2. Učinkovitost zaviranja gorenja:
   • Za doseganje enakovrednih stopenj zaviranja gorenja (npr. UL94 V-0) halogeni zaviralci gorenja pogosto zahtevajo večje obremenitve, kar lahko vpliva na mehanske lastnosti (mehkobo, natezno trdnost, raztezek), učinkovitost obdelave in stroške.
3. Značilnosti PVC usnja:
   • PVC usnje zahteva odlično mehkobo, otip, površinsko obdelavo (relief, sijaj), odpornost na vremenske vplive, odpornost na migracije in prožnost pri nizkih temperaturah. Nova formulacija mora te lastnosti ohraniti ali jim čim bolj ustrezati.
4. Zmogljivost obdelave:
   • Visoke količine polnil brez halogenov (npr. ATH) lahko vplivajo na tok taline in stabilnost obdelave.
5. Stroški:
   • Nekateri visoko učinkoviti zaviralci gorenja brez halogenov so dragi, zato je treba najti ravnovesje med zmogljivostjo in stroški.

Strategija izbire za sisteme za zaviranje gorenja brez halogenov (za umetno usnje iz PVC-ja)

1. Primarni zaviralci gorenja – kovinski hidroksidi

• Aluminijev trihidroksid (ATH):
  • Najpogostejši, stroškovno učinkovit.
  • Mehanizem: Endotermni razpad (~200 °C), pri katerem se sprošča vodna para, ki razredči vnetljive pline in kisik, hkrati pa tvori zaščitno površinsko plast.
  • Slabosti: Nizka učinkovitost, potrebna visoka obremenitev (40–70 phr), znatno zmanjša mehkobo, raztezek in predelovalnost; temperatura razgradnje je nizka.
• Magnezijev hidroksid (MDH):
  • Višja temperatura razgradnje (~340 °C), bolj primerna za predelavo PVC (160–200 °C).
  • Slabosti: Potrebne so podobne visoke obremenitve (40–70 phr); nekoliko višji stroški kot ATH; lahko ima večjo absorpcijo vlage.

Strategija:

• Za uravnoteženje stroškov, prilagodljivosti temperature obdelave in zaviranja gorenja izberite MDH ali mešanico ATH/MDH (npr. 70/30).
• Površinsko obdelan (npr. s silanom sklopljen) ATH/MDH izboljša združljivost s PVC-jem, zmanjša degradacijo lastnosti in poveča zaviranje gorenja.

2. Sinergisti zaviralcev gorenja

Za zmanjšanje primarnih obremenitev z zaviralci gorenja in izboljšanje učinkovitosti so bistveni sinergisti:

• Fosforno-dušikovi zaviralci gorenja: idealni za PVC sisteme brez halogenov.
  • Amonijev polifosfat (APP): Pospešuje zoglenevanje in tvori intumescentno izolacijsko plast.
    • Opomba: Za preprečevanje razgradnje med obdelavo uporabite razrede, odporne na visoke temperature (npr. faza II, >280 °C). Nekateri APP lahko vplivajo na prosojnost in vodoodpornost.
  • Aluminijev dietilfosfinat (ADP): Visoko učinkovit, nizka obremenitev (5–20 phr), minimalen vpliv na lastnosti, dobra toplotna stabilnost.
    • Slabost: Višji stroški.
  • Fosfatni estri (npr. RDP, BDP, TCPP): delujejo kot mehčala, ki zavirajo gorenje.
    • Prednosti: Dvojna vloga (mehčalo + zaviralec gorenja).
    • Slabosti: Majhne molekule (npr. TCPP) lahko migrirajo/izhlapevajo; RDP/BDP imata nižjo učinkovitost plastifikacije kot DOP in lahko zmanjšata fleksibilnost pri nizkih temperaturah.
• Cinkov borat (ZB):
  • Nizkocenovno, večnamensko (zaviralec gorenja, dušilec dima, pospeševalec oglja, sredstvo proti kapljanju). Dobro se ujema z ATH/MDH in fosfor-dušikovimi sistemi. Tipična obremenitev: 3–10 phr.
• Cinkov stanat/hidroksi stanat:
  • Odlična sredstva za zatiranje dima in sinergisti zaviralcev gorenja, zlasti za polimere, ki vsebujejo klor (npr. PVC). Lahko delno nadomesti sinergijsko vlogo antimona. Tipična obremenitev: 2–8 phr.
• Molibdenove spojine (npr. MoO₃, amonijev molibdat):
  • Močna sredstva za zatiranje dima s sinergijo zaviralcev gorenja. Tipična količina: 2–5 phr.
• Nano polnila (npr. nanoglina):
  • Nizke količine (3–8 phr) izboljšajo odpornost proti gorenju (nastajanje oglja, zmanjšana hitrost sproščanja toplote) in mehanske lastnosti. Disperzija je ključnega pomena.

3. Sredstva za zatiranje dima

PVC med gorenjem proizvaja močno količino dima. Formulacije brez halogenov pogosto zahtevajo zatiranje dima. Cinkov borat, cinkov stanat in molibdenove spojine so odlična izbira.

Predlagana formulacija zaviralca gorenja brez halogenov (na podlagi originalne formulacije naročnika)

Cilj: Doseči UL94 V-0 (1,6 mm ali debelejši) ob hkratnem ohranjanju mehkobe, obdelovalnosti in ključnih lastnosti.

Predpostavke:

• Prvotna formulacija:
  • DOP: 50–70 phr (mehčalo).
  • ST: Verjetno stearinska kislina (mazivo).
  • HICOAT-410: Ca/Zn stabilizator.
  • BZ-500: Verjetno mazivo/pomožno sredstvo za obdelavo (za potrditev).
  • EPOKSI: Epoksidirano sojino olje (kostabilizator/mehčalo).
  • Antimon: Sb₂O₃ (odstraniti).

1. Priporočeni okvir formulacije (na 100 phr PVC smole)

2. Primer formulacije (zahteva optimizacijo)

Ključni koraki izvedbe

1. Potrdite podrobnosti o surovinah:
   • Pojasnite kemijske identiteteBZ-500inST(glejte podatkovne liste dobavitelja).
   • Preverite natančne obremenitveKamera direktorja fotografije,EPOKSIinHICOAT-410.
   • Določite zahteve strank: ciljna odpornost proti gorenju (npr. debelina po standardu UL94), mehkoba (trdota), uporaba (avtomobilska industrija, pohištvo, torbe?), posebne potrebe (odpornost na mraz, UV stabilnost, odpornost proti obrabi?), stroškovne omejitve.
2. Izberite specifične stopnje zaviralcev gorenja:
   • Zahtevajte od dobaviteljev vzorce negorljivih snovi brez halogenov, prilagojenih za PVC usnje.
   • Za boljšo disperzijo dajte prednost površinsko obdelanim ATH/MDH.
   • Za APP uporabite vrste, odporne na visoke temperature.
   • Za fosfatne estre dajte prednost RDP/BDP pred TCPP zaradi manjše migracije.
3. Testiranje in optimizacija v laboratorijskem obsegu:
   • Pripravite majhne serije z različnimi količinami (npr. prilagodite razmerja MDH/APP/ZB/ZS).
   • Mešanje: Za enakomerno disperzijo uporabite mešalnike z visokim številom vrtljajev (npr. Henschel). Najprej dodajte tekočine (mehčala, stabilizatorje), nato pa praške.
   • Preizkusi predelave: Preizkus na proizvodni opremi (npr. mešalnik Banbury + kalandriranje). Spremljajte čas plastifikacije, viskoznost taline, navor, kakovost površine.
   • Testiranje zmogljivosti:
     • Odpornost na gorenje: UL94, LOI.
     • Mehanske lastnosti: trdota (Shore A), natezna trdnost, raztezek.
     • Mehkoba/občutek na otip: Subjektivni + trdotni testi.
     • Fleksibilnost pri nizkih temperaturah: Preskus hladnega upogibanja.
     • Termična stabilnost: test s kongo rdečim.
     • Videz: Barva, sijaj, relief.
     • (Neobvezno) Gostota dima: dimna komora NBS.
4. Odpravljanje težav in uravnoteženje:

5. Pilotni in produkcijski projekt: Po optimizaciji laboratorija izvedite pilotne poskuse za preverjanje stabilnosti, doslednosti in stroškov. Povečajte obseg šele po validaciji.

Zaključek

Prehod z antimonovega na negorljivo PVC usnje brez halogenov je izvedljiv, vendar zahteva sistematičen razvoj. Osrednji pristop združuje kovinske hidrokside (po možnosti površinsko obdelan MDH), sinergiste fosforja in dušika (APP ali ADP) in večnamenska sredstva za zatiranje dima (cinkov borat, cinkov stanat). Hkrati je ključnega pomena optimizacija mehčalcev, stabilizatorjev, maziv in pomožnih sredstev za obdelavo.

Ključi do uspeha:

1. Določite jasne cilje in omejitve (zaviralna odpornost proti gorenju, lastnosti, stroški).
2. Izberite preizkušene zaviralce gorenja brez halogenov (površinsko obdelana polnila, visokotemperaturni APP).
3. Izvedite stroge laboratorijske teste (negorljivost, lastnosti, obdelava).
4. Zagotovite enakomerno mešanje in združljivost s procesom.

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