Конверсія рецептури для безгалогенної вогнестійкої ПВХ шкіри

Конверсія рецептури для безгалогенної вогнестійкої ПВХ шкіри

Вступ

Клієнт виробляє вогнестійку ПВХ-шкіру та раніше використовуваний триоксид сурми (Sb₂O₃). Тепер вони прагнуть відмовитися від Sb₂O₃ та перейти на безгалогенні вогнестійкі речовини. Поточна формула включає ПВХ, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 та сурму. Перехід від формули ПВХ-шкіри на основі сурми до безгалогенної вогнестійкої системи є значним технологічним оновленням. Цей перехід не лише відповідає дедалі суворішим екологічним нормам (наприклад, RoHS, REACH), але й підвищує «зелений» імідж продукту та його конкурентоспроможність на ринку.

Ключові виклики

1. Втрата синергетичного ефекту:
   • Sb₂O₃ сам по собі не є сильним антипіреном, але демонструє чудовий синергетичний вогнезахисний ефект з хлором у ПВХ, значно підвищуючи ефективність. Видалення сурми вимагає пошуку альтернативної безгалогенної системи, яка б відтворювала цю синергію.
2. Ефективність вогнестійкості:
   • Безгалогенні вогнезахисні матеріали часто потребують вищих завантажень для досягнення еквівалентних вогнезахисних характеристик (наприклад, UL94 V-0), що може вплинути на механічні властивості (м'якість, міцність на розрив, видовження), продуктивність обробки та вартість.
3. Характеристики ПВХ-шкіри:
   • ПВХ-шкіра вимагає відмінної м'якості, відчуття на дотик, обробки поверхні (тиснення, блиск), стійкості до атмосферних впливів, стійкості до міграції та гнучкості за низьких температур. Нова формула повинна підтримувати або майже наближатися до цих властивостей.
4. Продуктивність обробки:
   • Високе вміст безгалогенних наповнювачів (наприклад, ATH) може впливати на плинність розплаву та стабільність обробки.
5. Міркування щодо вартості:
   • Деякі високоефективні безгалогенні антипірени є дорогими, що вимагає балансу між продуктивністю та вартістю.

Стратегія вибору безгалогенних вогнезахисних систем (для штучної шкіри з ПВХ)

1. Основні вогнезахисні речовини – гідроксиди металів

• Тригідроксид алюмінію (ATH):
  • Найпоширеніший, економічно вигідний.
  • Механізм: Ендотермічний розклад (~200°C), що вивільняє водяну пару для розведення легкозаймистих газів та кисню, утворюючи при цьому захисний поверхневий шар.
  • Недоліки: низька ефективність, потрібне високе завантаження (40–70 мас.ч.), значно знижує м'якість, подовження та технологічність; температура розкладання низька.
• Гідроксид магнію (МДГ):
  • Вища температура розкладання (~340°C), краще підходить для переробки ПВХ (160–200°C).
  • Недоліки: необхідні аналогічні високі навантаження (40–70 мас.ч.); трохи вища вартість, ніж у ATH; може мати краще поглинання вологи.

Стратегія:

• Віддавайте перевагу MDH або суміші ATH/MDH (наприклад, 70/30), щоб збалансувати вартість, адаптивність до температури обробки та вогнестійкість.
• Поверхнево оброблені (наприклад, силаново-зв'язані) ATH/MDH покращують сумісність з ПВХ, зменшують деградацію властивостей та підвищують вогнестійкість.

2. Синергісти вогнезахисних властивостей

Для зменшення основного завантаження вогнезахисних речовин та підвищення ефективності необхідні синергисти:

• Фосфорно-азотні вогнезахисні речовини: ідеально підходять для безгалогенних ПВХ-систем.
  • Поліфосфат амонію (APP): сприяє обвуглюванню, утворюючи спучуючийся ізоляційний шар.
    • Примітка: Використовуйте марки, стійкі до високих температур (наприклад, фаза II, >280°C), щоб уникнути розкладання під час обробки. Деякі ПП можуть впливати на прозорість та водостійкість.
  • Діетилфосфінат алюмінію (ADP): Високоефективний, низьке завантаження (5–20 мас.ч.), мінімальний вплив на властивості, хороша термічна стабільність.
    • Недолік: Вища вартість.
  • Фосфатні ефіри (наприклад, RDP, BDP, TCPP): Функціонують як пластифікуючі антипірени.
    • Плюси: Подвійна роль (пластифікатор + антипірен.
    • Мінуси: Малі молекули (наприклад, TCPP) можуть мігрувати/випаровуватися; RDP/BDP мають нижчу ефективність пластифікації, ніж DOP, і можуть знижувати гнучкість за низьких температур.
• Борат цинку (ZB):
  • Низька вартість, багатофункціональний (вогнезахисний, димоутворювач, стимулятор обвуглювання, антикрапляний). Добре поєднується з ATH/MDH та фосфорно-азотними системами. Типове завантаження: 3–10 мас.ч.
• Станнат/гідроксистаннат цинку:
  • Чудові димогасники та вогнезахисні синергісти, особливо для полімерів, що містять хлор (наприклад, ПВХ). Може частково замінити синергічну роль сурми. Типове завантаження: 2–8 частин на 100 мас.ч.
• Сполуки молібдену (наприклад, MoO₃, молібдат амонію):
  • Потужні димогасники з синергією вогнезахисних властивостей. Типове завантаження: 2–5 частин.
• Нанонаповнювачі (наприклад, наноглина):
  • Низькі завантаження (3–8 мас.ч.) покращують вогнестійкість (утворення обвуглення, зниження швидкості виділення тепла) та механічні властивості. Дисперсія має вирішальне значення.

3. Засоби для придушення диму

ПВХ виділяє сильний дим під час горіння. Безгалогенні склади часто потребують придушення диму. Чудовим вибором є сполуки борату цинку, станату цинку та молібдену.

Запропонована безгалогенна вогнезахисна формула (на основі оригінальної формули клієнта)

Мета: Досягти стандарту UL94 V-0 (1,6 мм або товщі), зберігаючи при цьому м'якість, технологічність та ключові властивості.

Припущення:

• Оригінальна формула:
  • DOP: 50–70 phr (пластифікатор).
  • ST: Ймовірно, стеаринова кислота (мастило).
  • HICOAT-410: Стабілізатор Ca/Zn.
  • BZ-500: Ймовірно, мастило/допоміжна речовина для обробки (для підтвердження).
  • ЕПОКСИДНА СМОЛА: Епоксидована соєва олія (костабілізатор/пластифікатор).
  • Сурма: Sb₂O₃ (підлягає видаленню).

1. Рекомендована формуляція (на 100 мас.ч. ПВХ-смоли)

2. Приклад формулювання (потребує оптимізації)

Критичні кроки впровадження

1. Підтвердьте деталі сировини:
   • Уточніть хімічні властивостіБЗ-500іST(зверніться до технічних паспортів постачальника).
   • Перевірте точні завантаженняОператор кіно,ЕПОКСИДНА СМУГА, таHICOAT-410.
   • Визначте вимоги клієнта: цільова вогнестійкість (наприклад, товщина за стандартом UL94), м'якість (твердість), застосування (автомобільна промисловість, меблі, сумки?), особливі потреби (морозостійкість, стійкість до ультрафіолету, стійкість до стирання?), обмеження вартості.
2. Виберіть конкретні марки вогнезахисних матеріалів:
   • Замовте у постачальників зразки безгалогенних вогнезахисних матеріалів, спеціально розроблених для ПВХ-шкіри.
   • Для кращого розсіювання надайте пріоритет поверхнево обробленим ATH/MDH.
   • Для APP використовуйте марки, стійкі до високих температур.
   • Для фосфатних естерів віддайте перевагу RDP/BDP над TCPP для меншої міграції.
3. Тестування та оптимізація в лабораторних умовах:
   • Готуйте невеликі партії з різним завантаженням (наприклад, скоригуйте співвідношення MDH/APP/ZB/ZS).
   • Змішування: Для рівномірного розподілу використовуйте високошвидкісні міксери (наприклад, Henschel). Спочатку додайте рідини (пластифікатори, стабілізатори), а потім порошки.
   • Випробування на виробничому обладнанні (наприклад, змішувач Banbury + каландрування). Контроль часу пластифікації, в'язкості розплаву, крутного моменту, якості поверхні.
   • Тестування продуктивності:
     • Вогнестійкість: UL94, LOI.
     • Механічні властивості: твердість (за Шором А), міцність на розрив, видовження.
     • М'якість/відчуття на дотик: суб'єктивні + твердість.
     • Гнучкість за низьких температур: випробування на холодний згин.
     • Термічна стабільність: тест з конго червоним.
     • Зовнішній вигляд: Колір, блиск, тиснення.
     • (Необов'язково) Щільність диму: димова камера NBS.
4. Усунення несправностей та балансування:

5. Пілотне та виробниче: Після оптимізації лабораторії проведіть пілотні випробування для перевірки стабільності, узгодженості та вартості. Масштабування здійснюватиметься лише після валідації.

Висновок

Перехід від шкіри на основі сурми до безгалогенної вогнестійкої ПВХ-шкіри є здійсненним, але вимагає систематичного розвитку. Основний підхід поєднує гідроксиди металів (бажано поверхнево оброблений MDH), фосфорно-азотні синергісти (APP або ADP) та багатофункціональні димогасники (борат цинку, станнат цинку). Одночасно критично важливо оптимізувати пластифікатори, стабілізатори, мастила та допоміжні речовини для обробки.

Ключі до успіху:

1. Визначте чіткі цілі та обмеження (вогнестійкість, властивості, вартість).
2. Оберіть перевірені безгалогенні антипірени (наповнювачі з обробленою поверхнею, високотемпературне покриття з полімером).
3. Проведіть ретельні лабораторні випробування (вогнестійкість, властивості, обробка).
4. Забезпечте рівномірне змішування та сумісність з процесом.

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