Formulacija zaviralca gorenja brez halogenov za sistem premazov TPU z uporabo topila DMF
Za sisteme premazov TPU, ki uporabljajo dimetilformamid (DMF) kot topilo, je potrebna sistematična ocena uporabe aluminijevega hipofosfita (AHP) in cinkovega borata (ZB) kot zaviralcev gorenja. Spodaj je podrobna analiza in načrt izvedbe:
I. Analiza izvedljivosti aluminijevega hipofosfita (AHP)
1. Mehanizem in prednosti zaviranja gorenja
- Mehanizem:
- Pri visokih temperaturah se razgradi in tvori fosforno in metafosforno kislino, kar spodbuja nastajanje oglja v TPU (kondenzirano fazno zaviranje gorenja).
- Sprošča PO· radikale za prekinitev verižnih reakcij zgorevanja (zaviranje gorenja v plinski fazi).
- Prednosti:
- Brez halogena, malo dima, nizka toksičnost, skladno z RoHS/REACH.
- Dobra toplotna stabilnost (temperatura razgradnje ≈300 °C), primerna za postopke sušenja TPU (običajno <150 °C).
2. Izzivi uporabe in rešitve
| Izziv | Rešitev |
| Slaba disperzija v DMF-u | Uporabite površinsko modificiran AHP (npr. silansko vezivno sredstvo KH-550). Postopek predhodne disperzije: AHP v krogličnem mlinu z DMF in dispergatorjem (npr. BYK-110) do velikosti delcev <5 μm. |
| Visoka zahteva po obremenitvi (20–30 %) | Sinergistična kombinacija z ZB ali melamin cianuratom (MCA) za zmanjšanje skupne obremenitve na 15–20 %. |
| Zmanjšana prosojnost premaza | Uporabite nanodelce AHP (velikost delcev <1 μm) ali jih zmešajte s prozornimi zaviralci gorenja (npr. organskimi fosfati). |
3. Priporočena formulacija in postopek
- Primer formulacije:
- Osnova TPU/DMF: 100 phr
- Površinsko modificiran AHP: 20 phr
- Cinkov borat (ZB): 5 phr (sinergija zatiranja dima)
- Disperzant (BYK-110): 1,5 phr
- Ključne točke procesa:
- Predhodno zmešajte AHP z dispergatorjem in delnim DMF pri visokem strigu (≥3000 vrt/min, 30 min), nato pa zmešajte z brozgo TPU.
- Sušenje po nanosu premaza: 120–150 °C, čas podaljšajte za 10 %, da zagotovite popolno izhlapevanje DMF.
II. Analiza izvedljivosti cinkovega borata (ZB)
1. Mehanizem in prednosti zaviranja gorenja
- Mehanizem:
- Pri visokih temperaturah tvori stekleno plast B₂O₃, ki blokira kisik in toploto (zaviranje gorenja v kondenzirani fazi).
- Sprošča vezano vodo (~13 %), redči vnetljive pline in hladi sistem.
- Prednosti:
- Močan sinergijski učinek z AHP ali aluminijevim trihidroksidom (ATH).
- Odlično zatiranje dima, idealno za aplikacije z nizko stopnjo dima.
2. Izzivi uporabe in rešitve
| Izziv | Rešitev |
| Slaba stabilnost disperzije | Uporabite nanodelce ZB (<500 nm) in omočilna sredstva (npr. TegoDispers 750W). |
| Nizka učinkovitost zaviranja gorenja (potrebna je visoka obremenitev) | Uporaba kot sinergist (5–10 %) s primarnimi zaviralci gorenja (npr. AHP ali organski fosfor). |
| Zmanjšana fleksibilnost premaza | Kompenzirajte z mehčali (npr. DOP ali poliestrski polioli). |
3. Priporočena formulacija in postopek
- Primer formulacije:
- Osnova TPU/DMF: 100 phr
- Nano-velikost ZB: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Omočilno sredstvo (Tego 750W): 1 phr
- Ključne točke procesa:
- Pred mešanjem s suspenzijo TPU predhodno dispergirajte ZB v DMF z mletjem kroglic (velikost delcev ≤ 2 μm).
- Podaljšajte čas sušenja (npr. 30 min), da preprečite vpliv preostale vlage na zaviranje gorenja.
III. Sinergistična ocena sistema AHP + ZB
1. Sinergijski učinki zaviranja gorenja
- Sinergija plinske in kondenzirane faze:
- AHP zagotavlja fosfor za zoglenenje, medtem ko ZB stabilizira plast zoglenenja in zavira naknadno sevanje.
- Kombinirani LOI: 28–30 %, dosegljivo po UL94 V-0 (1,6 mm).
- Zatiranje dima:
- ZB zmanjša emisije dima za >50 % (test s stožčastim kalorimetrom).
2. Priporočila za uravnoteženje uspešnosti
- Kompenzacija mehanskih lastnosti:
- Za ohranitev prožnosti (raztezek > 300 %) dodajte 2–3 % mehčala TPU (npr. polikaprolakton poliol).
- Za zmanjšanje izgube natezne trdnosti uporabite ultrafine praške (AHP/ZB <2 μm).
- Nadzor stabilnosti procesa:
- Za enakomerno nanašanje vzdržujte viskoznost tekoče zmesi pri 2000–4000 cP (Brookfield RV, vreteno 4, 20 vrt/min).
IV. Primerjava s tekočimi zaviralci gorenja na osnovi topil
| Parameter | Sistem AHP + ZB | Tekoči fosfor-dušik FR (npr. Levagard 4090N) |
| Nalaganje | 20–30 % | 15–25 % |
| Težavnost razpršitve | Zahteva predobdelavo (visoko strižno silo/modifikacijo površine) | Neposredno raztapljanje, disperzija ni potrebna |
| Stroški | Nizka (~3–5 USD/kg) | Visoka (~10–15 USD/kg) |
| Vpliv na okolje | Brez halogena, nizka toksičnost | Lahko vsebuje halogene (odvisno od izdelka) |
| Prosojnost premaza | Polprosojno do neprozorno | Zelo prozoren |
V. Priporočeni izvedbeni koraki
- Testiranje v laboratorijskem obsegu:
- Ocenite AHP/ZB posamično in v kombinaciji (gradientna obremenitev: 10 %, 15 %, 20 %).
- Ocenite stabilnost disperzije (brez sedimentacije po 24 urah), spremembe viskoznosti in enakomernost premaza.
- Validacija v pilotnem obsegu:
- Optimizirajte pogoje sušenja (čas/temperatura) in preizkusite odpornost proti gorenju (UL94, LOI) ter mehanske lastnosti.
- Primerjava stroškov: Če AHP+ZB zmanjša stroške za >30 % v primerjavi s tekočimi FR, je ekonomsko upravičen.
- Priprava na povečanje obsega:
- Sodelujte z dobavitelji pri razvoju predhodno dispergiranih masterbatchev AHP/ZB (na osnovi DMF) za poenostavljeno proizvodnjo.
VI. Zaključek
Z nadzorovanimi disperzijskimi postopki lahko AHP in ZB služita kot učinkovita zaviralca gorenja za premaze TPU/DMF, če:
- Modifikacija površine + disperzija pri visokih strižnih naporihse uporablja za preprečevanje aglomeracije delcev.
- AHP (primarni) + ZB (sinergist)uravnoteži učinkovitost in stroške.
- Zavisoka preglednost/fleksibilnostGlede na zahteve ostajajo bolj zaželeni tekoči fosforno-dušikovi FR (npr. Levagard 4090N).
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO in REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Čas objave: 22. maj 2025
