Безгалогенна вогнезахисна формула для системи покриття TPU з використанням розчинника DMF
Для систем покриттів TPU, що використовують диметилформамід (DMF) як розчинник, використання гіпофосфіту алюмінію (AHP) та борату цинку (ZB) як антипіренів вимагає систематичної оцінки. Нижче наведено детальний аналіз та план впровадження:
I. Аналіз доцільності використання гіпофосфіту алюмінію (AHP)
1. Механізм та переваги вогнезахисної дії
- Механізм:
- Розкладається за високих температур з утворенням фосфорної та метафосфорної кислот, що сприяє утворенню вуглецю в ТПУ (вогнестійкість конденсованої фази).
- Вивільняє PO·-радикали для переривання ланцюгових реакцій горіння (газофазне вогнестійкість).
- Переваги:
- Без галогенів, низькодимний, низька токсичність, відповідає вимогам RoHS/REACH.
- Добра термічна стабільність (температура розкладання ≈300°C), підходить для процесів сушіння ТПУ (зазвичай <150°C).
2. Проблеми застосування та їх вирішення
| Виклик | Рішення |
| Погана дисперсія в ДМФ | Використовуйте поверхнево-модифікований AHP (наприклад, силановий сполучний агент KH-550). Процес попереднього диспергування: AHP у кульовому млині з DMF та диспергатором (наприклад, BYK-110) до розміру частинок <5 мкм. |
| Високі вимоги до завантаження (20-30%) | Синергетичне поєднання з ZB або ціануратом меламіну (MCA) для зменшення загального навантаження до 15-20%. |
| Знижена прозорість покриття | Використовуйте нанорозмірний AHP (розмір частинок <1 мкм) або змішуйте з прозорими антипіренами (наприклад, органічними фосфатами). |
3. Рекомендована формула та процес
- Приклад формулювання:
- Основа ТПУ/ДМФ: 100 частин на 100 частин
- Поверхнево-модифікований AHP: 20 phr
- Борат цинку (ZB): 5 частин (синергія придушення диму)
- Диспергатор (BYK-110): 1,5 мас.ч.
- Ключові моменти процесу:
- Попередньо змішайте AHP з диспергатором та частковим DMF при високому зсуві (≥3000 об/хв, 30 хв), потім змішайте з суспензією TPU.
- Сушіння після нанесення покриття: 120-150°C, збільшити час на 10% для забезпечення повного випаровування ДМФ.
II. Аналіз доцільності використання борату цинку (ZB)
1. Механізм та переваги вогнезахисної дії
- Механізм:
- За високих температур утворює скляний шар B₂O₃, блокуючи кисень і тепло (конденсована фазова вогнестійкість).
- Вивільняє зв'язану воду (~13%), розбавляючи легкозаймисті гази та охолоджуючи систему.
- Переваги:
- Сильний синергетичний ефект з AHP або тригідроксидом алюмінію (ATH).
- Відмінне димопригнічення, ідеально підходить для застосувань з низьким рівнем димлення.
2. Проблеми застосування та їх вирішення
| Виклик | Рішення |
| Погана дисперсійна стабільність | Використовуйте нанорозмірний ZB (<500 нм) та змочувальні агенти (наприклад, TegoDispers 750W). |
| Низька вогнестійка ефективність (потрібне високе завантаження) | Використовуйте як синергіст (5-10%) з основними антипіренами (наприклад, AHP або органічним фосфором). |
| Знижена гнучкість покриття | Компенсувати пластифікаторами (наприклад, DOP або поліефірполіолами). |
3. Рекомендована формула та процес
- Приклад формулювання:
- Основа ТПУ/ДМФ: 100 частин на 100 частин
- Нанорозмірний ZB: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Зволожувач (Tego 750W): 1 ч
- Ключові моменти процесу:
- Попередньо диспергуйте ZB у DMF за допомогою подрібнення гранул (розмір частинок ≤2 мкм) перед змішуванням із суспензією TPU.
- Збільште час висихання (наприклад, до 30 хв), щоб уникнути впливу залишкової вологи на вогнестійкість.
III. Синергетична оцінка системи AHP + ZB
1. Синергетичний ефект вогнезахисних властивостей
- Синергія газової та конденсованої фаз:
- AHP забезпечує фосфор для обвуглювання, тоді як ZB стабілізує шар обвуглювання та пригнічує післясвітіння.
- Комбінований LOI: 28-30%, досяжно UL94 V-0 (1,6 мм).
- Придушення диму:
- ZB зменшує викиди диму на >50% (випробування на конусному калориметрі).
2. Рекомендації щодо балансування продуктивності
- Компенсація механічних властивостей:
- Додайте 2-3% пластифікатора TPU (наприклад, полікапролактонполіолу) для збереження гнучкості (подовження >300%).
- Використовуйте надтонкі порошки (AHP/ZB <2 мкм), щоб мінімізувати втрату міцності на розтяг.
- Контроль стабільності процесу:
- Підтримуйте в'язкість суспензії на рівні 2000-4000 сП (Brookfield RV, шпиндель 4, 20 об/хв) для рівномірного покриття.
IV. Порівняння з рідкими вогнезахисними речовинами на основі розчинників
| Параметр | Система AHP + ZB | Рідкий фосфор-азот FR (наприклад, Levagard 4090N) |
| Завантаження | 20-30% | 15-25% |
| Складність розсіювання | Потребує попередньої обробки (високий зсув/модифікація поверхні) | Пряме розчинення, диспергування не потрібне |
| Вартість | Низький (~$3-5/кг) | Високий (~$10-15/кг) |
| Вплив на навколишнє середовище | Без галогенів, низька токсичність | Може містити галогени (залежно від продукту) |
| Прозорість покриття | Від напівпрозорого до непрозорого | Висока прозорість |
V. Рекомендовані кроки впровадження
- Лабораторні випробування:
- Оцініть AHP/ZB окремо та в комбінації (градієнтне навантаження: 10%, 15%, 20%).
- Оцініть стабільність дисперсії (відсутність седиментації через 24 години), зміни в'язкості та однорідність покриття.
- Валідація пілотного масштабу:
- Оптимізуйте умови сушіння (час/температуру) та перевірте вогнестійкість (UL94, LOI) та механічні властивості.
- Порівняйте витрати: Якщо AHP+ZB знижує витрати >30% порівняно з рідкими FR, це економічно доцільно.
- Підготовка до масштабування:
- Співпрацювати з постачальниками для розробки попередньо диспергованих мастербатчів AHP/ZB (на основі DMF) для спрощеного виробництва.
VI. Висновок
Завдяки контрольованим процесам диспергування, AHP та ZB можуть служити ефективними антипіренами для покриттів TPU/DMF за умови:
- Модифікація поверхні + дисперсія при високому зсувізастосовується для запобігання агломерації частинок.
- AHP (первинний) + ZB (синергіст)збалансовує ефективність та вартість.
- Длявисока прозорість/гнучкістьвимог, рідкі фосфорно-азотні фрикціони (наприклад, Levagard 4090N) залишаються кращими.
Sichuan Taifeng New Fire Retardant Co., Ltd. (ISO та REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Час публікації: 22 травня 2025 р.
