Аналіз та оптимізація вогнезахисної рецептури для ПВХ-покриттів

Аналіз та оптимізація вогнезахисної рецептури для ПВХ-покриттів

Клієнт виготовляє намети з ПВХ і потребує нанесення вогнезахисного покриття. Поточна формула складається з 60 частин ПВХ смоли, 40 частин TOTM, 30 частин гіпофосфіту алюмінію (з 40% вмістом фосфору), 10 частин MCA, 8 частин борату цинку, а також диспергаторів. Однак вогнезахисні властивості низькі, а дисперсія антипіренів також недостатня. Нижче наведено аналіз причин та запропоноване коригування формули.

I. Основні причини поганої вогнестійкості

1. Незбалансована вогнезахисна система зі слабким синергетичним ефектом

• Надлишок гіпофосфіту алюмінію (30 частин):
  Хоча гіпофосфіт алюмінію є ефективним вогнезахисним засобом на основі фосфору (вміст фосфору 40%), надмірне додавання (>25 частин) може призвести до:
• Різке збільшення в'язкості системи, що ускладнює дисперсію та утворює агломеровані гарячі точки, що прискорюють горіння («ефект ґнота»).
• Зниження міцності матеріалу та погіршення плівкоутворюючих властивостей через надмірну кількість неорганічного наповнювача.
• Високий вміст MCA (10 частин):
  МКА (на основі азоту) зазвичай використовується як синергіст. Коли дозування перевищує 5 частин, він має тенденцію мігрувати на поверхню, знижуючи ефективність вогнезахисних речовин та потенційно взаємодіючи з іншими вогнезахисними речовинами.
• Відсутність ключових синергістів:
  Хоча борат цинку має димогасну дію, відсутність сполук на основі сурми (наприклад, триоксид сурми) або оксидів металів (наприклад, гідроксид алюмінію) запобігає утворенню синергетичної системи «фосфор-азот-сурма», що призводить до недостатньої вогнестійкості в газофазі.

2. Невідповідність між вибором пластифікатора та цілями вогнестійкості

• TOTM (триоктилтримелітат) має обмежену вогнестійкість:
  TOTM має відмінні показники термостійкості, але набагато менш ефективний у вогнестійкості порівняно з фосфатними естерами (наприклад, TOTP). Для застосувань з високою вогнестійкістю, таких як покриття наметів, TOTM не може забезпечити достатні можливості для обвуглювання та захисту від кисню.
• Недостатня загальна кількість пластифікатора (лише 40 частин):
  Для повної пластифікації ПВХ-смоли зазвичай потрібно 60–75 частин пластифікатора. Низький вміст пластифікатора призводить до високої в'язкості розплаву, що ще більше посилює проблеми з дисперсією вогнезахисних речовин.

3. Неефективна система диспергування, що призводить до нерівномірного розподілу вогнезахисної речовини

• Поточний диспергатор може бути універсального типу (наприклад, стеаринова кислота або поліетиленовий віск), який неефективний для високонавантажених неорганічних антипіренів (гіпофосфіт алюмінію + борат цинку, загалом 48 частин), що призводить до:
• Агломерація частинок вогнезахисної речовини, що створює локальні слабкі місця в покритті.
• Погана течія розплаву під час обробки, що генерує тепло зсуву, яке спричиняє передчасне розкладання.

4. Погана сумісність між вогнезахисними матеріалами та ПВХ

• Неорганічні матеріали, такі як гіпофосфіт алюмінію та борат цинку, мають суттєві відмінності в полярності з ПВХ. Без модифікації поверхні (наприклад, силанових сполучних агентів) відбувається фазовий розшар, що знижує ефективність вогнезахисних речовин.

II. Підхід до основного проектування

1. Замініть первинний пластифікатор на TOTP

• Скористайтеся його чудовою власною вогнестійкістю (вміст фосфору ≈9%) та пластифікуючим ефектом.

2. Оптимізація співвідношень вогнезахисних речовин та синергії

• Збережіть гіпофосфіт алюмінію як основне джерело фосфору, але значно зменшіть його дозування, щоб покращити дисперсію та мінімізувати «ефект ґноту».
• Зберігайте борат цинку як ключовий синергіст (що сприяє обвуглюванню та придушенню диму).
• Збережіть MCA як синергіст азоту, але зменшіть його дозування, щоб запобігти міграції.
• Представитинадтонкий гідроксид алюмінію (ATH)як багатофункціональний компонент:
• Вогнестійкість:Ендотермічний розклад (дегідратація), охолодження та розведення горючих газів.
• Придушення диму:Значно зменшує утворення диму.
• Наповнювач:Знижує витрати (порівняно з іншими вогнезахисними матеріалами).
• Покращена дисперсія та плинність (ультратонкий сорт):Легше диспергується, ніж звичайний ATH, що мінімізує збільшення в'язкості.

3. Надійні рішення для проблем розсіювання

• Значно збільшити вміст пластифікатора:Забезпечити повну пластифікацію ПВХ та зменшити в'язкість системи.
• Використовуйте високоефективні супердисперсанти:Спеціально розроблений для високонавантажених, легко агломерованих неорганічних порошків (гіпофосфіт алюмінію, ATH).
• Оптимізація обробки (попереднє змішування є критично важливим):Забезпечте ретельне зволоження та розсіювання вогнезахисних речовин.

4. Забезпечення базової стабільності обробки

• Додайте достатню кількість термостабілізаторів та відповідних мастильних матеріалів.

III. Переглянута формула вогнестійкого ПВХ

IV. Примітки до формул та ключові моменти

1. TOTP – це основний фонд

• 65–75 деталейзабезпечує:
• Повна пластифікація: ПВХ потребує достатньої кількості пластифікатора для утворення м’якої, безперервної плівки.
• Зниження в'язкості: критично важливо для покращення дисперсії високонавантажених неорганічних антипіренів.
• Внутрішня вогнестійкість: TOTP сам по собі є високоефективним вогнестійким пластифікатором.

2. Синергія вогнезахисних властивостей

• Синергія PNB-Al:Гіпофосфіт алюмінію (P) + MCA (N) забезпечують синергію базового PN. Борат цинку (B, Zn) посилює обвуглювання та пригнічення диму. Ультрадисперсний ATH (Al) забезпечує потужне ендотермічне охолодження та пригнічення диму. TOTP також додає фосфор. Це створює багатоелементну синергетичну систему.
• Роль ATH:25–35 частин ультрадисперсного ATH є основним фактором вогнестійкості та димогасіння. Його ендотермічний розклад поглинає тепло, тоді як вивільнена водяна пара розбавляє кисень та легкозаймисті гази.Ультратонкий та поверхнево оброблений ATH має вирішальне значеннящоб мінімізувати вплив в'язкості та покращити сумісність з ПВХ.
• Відновлений гіпофосфіт алюмінію:Зменшено з 30 до 15–20 частин для зменшення навантаження на систему, зберігаючи при цьому внесок фосфору.
• Зменшений MCA:Зменшено з 10 до 4–6 частин для запобігання міграції.

3. Дисперсійний розчин – критично важливий для успіху

• Супердиспергатор (3–4 частини):Необхідний для роботи з високонавантаженою (50–70 частин неорганічних наповнювачів загалом!) та важкодисперсною системою (гіпофосфіт алюмінію + ультрадисперсний ATH + борат цинку).Звичайних диспергаторів (наприклад, стеарату кальцію, поліетиленового воску) недостатньо!Інвестуйте у високоефективні супердисперсанти та використовуйте їх у достатній кількості.
• Вміст пластифікатора (65–75 частин):Як і вищезазначене, зменшує загальну в'язкість, створюючи кращі умови для дисперсії.
• Мастила (1–2 частини):Комбінація внутрішніх/зовнішніх мастил забезпечує гарний потік під час змішування та покриття, запобігаючи прилипання.

4. Обробка – суворий протокол попереднього змішування

• Крок 1 (Сухе змішування неорганічних порошків):
• Додайте гіпофосфіт алюмінію, ультрадисперсний ATH, борат цинку, MCA та всі супердиспергатори до високошвидкісного змішувача.
• Змішувати при температурі 80–90°C протягом 8–10 хвилин. Мета: Забезпечити повне покриття супердисперсантом кожної частинки, руйнуючи агломерати.Час і температура мають вирішальне значення!
• Крок 2 (Утворення суспензії):
• Додайте більшу частину TOTP (наприклад, 70–80%), усі термостабілізатори та внутрішні мастила до суміші з кроку 1.
• Змішуйте при температурі 90–100°C протягом 5–7 хвилин до утворення однорідної, текучої вогнезахисної суспензії. Переконайтеся, що порошки повністю змочені пластифікаторами.
• Крок 3 (Додавання ПВХ та решти компонентів):
• Додайте ПВХ-смолу, решту TOTP, зовнішні мастила (та антиоксиданти/УФ-стабілізатори, якщо їх додано на цьому етапі).
• Змішувати при температурі 100–110°C протягом 7–10 хвилин до досягнення «сухої точки» (сипучості, без грудочок).Уникайте надмірного змішування, щоб запобігти деградації ПВХ.
• Охолодження:Вилийте та охолодіть суміш до температури <50°C, щоб запобігти утворенню грудочок.

5. Подальша обробка

• Використовуйте охолоджену суху суміш для каландрування або покриття.
• Суворо контролюйте температуру обробки (рекомендована температура плавлення ≤170–175°C), щоб уникнути виходу з ладу стабілізатора або передчасного розкладання антипіренів (наприклад, ATH).

V. Очікувані результати та запобіжні заходи

• Вогнестійкість:Порівняно з оригінальною формулою (TOTM + гіпофосфіт алюмінію з високим вмістом/MCA), ця оновлена ​​формула (TOTP + оптимізовані співвідношення P/N/B/Al) повинна значно покращити вогнестійкість, особливо щодо вертикального горіння та димогасіння. Цільові стандарти, такі як CPAI-84 для наметів. Ключові випробування: ASTM D6413 (вертикальне горіння).
• Дисперсія:Супердиспергатор + високий пластифікатор + оптимізоване попереднє змішування повинні значно покращити дисперсію, зменшуючи агломерацію та покращуючи однорідність покриття.
• Оброблюваність:Відповідна TOTP та мастильні матеріали повинні забезпечувати безперебійну обробку, але слід контролювати в'язкість та прилипання під час фактичного виробництва.
• Вартість:TOTP та супердисперсанти дорогі, але відновлений гіпофосфіт алюмінію та MCA компенсують деякі витрати. ATH є відносно недорогим.

Важливі нагадування:

• Спочатку невеликі випробування!Випробуйте в лабораторії та налаштуйте на основі фактичних матеріалів (особливо характеристик ATH та супердиспергаторів) та обладнання.
• Вибір матеріалу:
• АТХ:Необхідно використовувати надтонкі (D50 ≤2 мкм) марки з обробленою поверхнею (наприклад, силаном). Зверніться до постачальників щодо рекомендацій щодо сумісності з ПВХ.
• Супердисперсанти:Необхідно використовувати високоефективні типи. Повідомте постачальників про застосування (ПВХ, високоміцні неорганічні наповнювачі, вогнестійкі матеріали без галогенів).
• ТОП:Забезпечте високу якість.
• Тестування:Проведіть ретельні випробування на вогнестійкість відповідно до цільових стандартів. Також оцініть стійкість до старіння/водостійкість (важливо для наметів на відкритому повітрі!). УФ-стабілізатори та антиоксиданти є важливими.

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