Halogeenittoman, palonestoaineen sisältävän PVC-nahan formulaation muuntaminen

Halogeenittoman, palonestoaineen sisältävän PVC-nahan formulaation muuntaminen

Johdanto

Asiakas valmistaa palonestoainetta sisältävää PVC-nahkaa ja käytti aiemmin antimonitrioksidia (Sb₂O₃). Nyt tavoitteena on poistaa Sb₂O₃ käytöstä ja siirtyä halogeenittomiin palonestoaineisiin. Nykyinen koostumus sisältää PVC:tä, DOP:ta, epoksihartsia, BZ-500:aa, ST:tä, HICOAT-410:tä ja antimonia. Siirtyminen antimonipohjaisesta PVC-nahkakoostumuksesta halogeenittomaan palonestojärjestelmään edustaa merkittävää teknologista parannusta. Tämä muutos ei ainoastaan ​​täytä yhä tiukempia ympäristösäännöksiä (esim. RoHS, REACH), vaan myös parantaa tuotteen "vihreää" imagoa ja markkinoiden kilpailukykyä.

Keskeiset haasteet

1. Synergistisen vaikutuksen menetys:
   • Sb₂O₃ ei itsessään ole vahva palonestoaine, mutta sillä on erinomaiset synergistiset palonestovaikutukset PVC:ssä olevan kloorin kanssa, mikä parantaa merkittävästi tehokkuutta. Antimonin poistaminen edellyttää vaihtoehtoisen halogeenittoman järjestelmän löytämistä, joka toistaa tämän synergian.
2. Palonsuojaustehokkuus:
   • Halogeenittomat palonestoaineet vaativat usein suurempia määriä vastaavien palonestoluokitusten (esim. UL94 V-0) saavuttamiseksi, mikä voi vaikuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin (pehmeys, vetolujuus, venymä), prosessointitehokkuuteen ja kustannuksiin.
3. PVC-nahan ominaisuudet:
   • PVC-nahalta vaaditaan erinomaista pehmeyttä, tuntumaa käteen, pintakäsittelyä (kohokuviointi, kiilto), säänkestävyyttä, migraationkestävyyttä ja joustavuutta alhaisissa lämpötiloissa. Uuden koostumuksen on ylläpidettävä tai vastattava tarkasti näitä ominaisuuksia.
4. Käsittelyn suorituskyky:
   • Suuret halogeenittomien täyteaineiden (esim. ATH) määrät voivat vaikuttaa sulavirtaan ja prosessoinnin vakauteen.
5. Kustannusnäkökohdat:
   • Jotkut tehokkaat halogeenittomat palonestoaineet ovat kalliita, mikä edellyttää tasapainoa suorituskyvyn ja kustannusten välillä.

Halogeenittomien palonestojärjestelmien valintastrategia (PVC-keinonahalle)

1. Ensisijaiset palonestoaineet – metallihydroksidit

• Alumiinitrihydroksidi (ATH):
  • Yleisin, kustannustehokas.
  • Mekanismi: Endoterminen hajoaminen (~200 °C), jossa vapautuu vesihöyryä, joka laimentaa syttyviä kaasuja ja happea muodostaen samalla suojaavan pintakerroksen.
  • Haittoja: Alhainen hyötysuhde, vaadittava suuri kuormitus (40–70 phr), heikentää merkittävästi pehmeyttä, venymää ja prosessoitavuutta; hajoamislämpötila on alhainen.
• Magnesiumhydroksidi (MDH):
  • Korkeampi hajoamislämpötila (~340 °C), sopii paremmin PVC:n käsittelyyn (160–200 °C).
  • Haittoja: Vaatii samankaltaisia ​​suuria määriä (40–70 phr); hieman korkeammat kustannukset kuin ATH:lla; voi imeä kosteutta paremmin.

Strategia:

• Suosi MDH:ta tai ATH/MDH-seosta (esim. 70/30) kustannusten, käsittelylämpötilan sopeutumiskyvyn ja palonestokyvyn tasapainottamiseksi.
• Pintakäsitelty (esim. silaanikytkentäinen) ATH/MDH parantaa yhteensopivuutta PVC:n kanssa, vähentää ominaisuuksien heikkenemistä ja parantaa palonestokykyä.

2. Palonsuoja-aineet

Synergistit ovat välttämättömiä ensisijaisten palonsuoja-aineiden kuormituksen vähentämiseksi ja tehokkuuden parantamiseksi:

• Fosfori-typpipalonsuoja-aineet: Ihanteellinen halogeenittomille PVC-järjestelmille.
  • Ammoniumpolyfosfaatti (APP): Edistää hiiltymistä muodostaen paisuvan eristävän kerroksen.
    • Huomautus: Käytä korkeita lämpötiloja kestäviä materiaaleja (esim. vaihe II, >280 °C) hajoamisen välttämiseksi käsittelyn aikana. Jotkin APP-muovit voivat vaikuttaa läpinäkyvyyteen ja vedenkestävyyteen.
  • Alumiinidietyylifosfinaatti (ADP): Erittäin tehokas, alhainen kuormitus (5–20 phr), minimaalinen vaikutus ominaisuuksiin, hyvä terminen stabiilius.
    • Haittapuoli: Korkeammat kustannukset.
  • Fosfaattiesterit (esim. RDP, BDP, TCPP): Toimivat pehmentävinä palonestoaineina.
    • Hyvät puolet: Kaksoiskäyttöinen (pehmitin + palonestoaine).
    • Haittoja: Pienet molekyylit (esim. TCPP) voivat siirtyä/haihtua; RDP:llä/BDP:llä on alhaisempi plastisointitehokkuus kuin DOP:lla ja ne voivat heikentää joustavuutta matalissa lämpötiloissa.
• Sinkkiboraatti (ZB):
  • Edullinen, monitoiminen (palonsuoja-aine, savunsuoja-aine, hiiltymisen edistäjä, tippumisenestoaine). Toimii hyvin synergiassa ATH/MDH- ja fosfori-typpijärjestelmien kanssa. Tyypillinen täyttömäärä: 3–10 phr.
• Sinkkistannaatti/hydroksistannaatti:
  • Erinomaiset savunmuodostuksen estäjät ja palonsuoja-aineet synergistit, erityisesti klooria sisältäville polymeereille (esim. PVC). Voi osittain korvata antimonin synergistisen roolin. Tyypillinen pitoisuus: 2–8 phr.
• Molybdeeniyhdisteet (esim. MoO₃, ammoniummolybdaatti):
  • Voimakkaita savunestoaineita, joilla on palonsuoja-aine-synergia. Tyypillinen täyttömäärä: 2–5 phr.
• Nanokiintoaineet (esim. Nanoclay):
  • Alhaiset pitoisuudet (3–8 phr) parantavat palonestokykyä (hiilen muodostuminen, lämmön vapautumisen väheneminen) ja mekaanisia ominaisuuksia. Dispersio on ratkaisevan tärkeää.

3. Savun hillitsijät

PVC tuottaa palaessaan runsaasti savua. Halogeenittomat koostumukset vaativat usein savunpoistoa. Sinkkiboraatti, sinkkistannaatti ja molybdeeniyhdisteet ovat erinomaisia ​​vaihtoehtoja.

Ehdotettu halogeeniton palonestoainekoostumus (asiakkaan alkuperäisen koostumuksen perusteella)

Tavoite: Saavuttaa UL94 V-0 -luokitus (1,6 mm tai paksumpi) säilyttäen samalla pehmeys, prosessoitavuus ja keskeiset ominaisuudet.

Oletukset:

• Alkuperäinen koostumus:
  • DOP: 50–70 phr (pehmitin).
  • ST: Todennäköisesti steariinihappo (voiteluaine).
  • HICOAT-410: Ca/Zn-stabilisaattori.
  • BZ-500: Todennäköisesti voiteluaine/prosessiapuaine (vahvistetaan).
  • EPOKSI: Epoksoitu soijaöljy (lisäaine/pehmitin).
  • Antimoni: Sb₂O₃ (poistettava).

1. Suositeltu koostumus (per 100 phr PVC-hartsia)

2. Esimerkkiformulaatio (vaatii optimoinnin)

Kriittiset toteutusvaiheet

1. Vahvista raaka-aineen tiedot:
   • Selvitä kemialliset tunnisteetBZ-500jaST(katso toimittajan datalehdet).
   • Tarkista tarkat kuormatDOP,EPOKSIjaHICOAT-410.
   • Määrittele asiakkaan vaatimukset: Tavoitepalonsuojaus (esim. UL94-paksuus), pehmeys (kovuus), käyttökohde (autoteollisuus, huonekalut, laukut?), erityistarpeet (kylmänkestävyys, UV-säteilyn kestävyys, kulutuskestävyys?), kustannusrajat.
2. Valitse tietyt palonestoainelaadut:
   • Pyydä toimittajilta halogeenittomia, PVC-nahalle räätälöityjä palonestoainenäytteitä.
   • Priorisoi pintakäsiteltyä ATH/MDH:ta paremman dispersion saavuttamiseksi.
   • APP:n osalta käytä korkeita lämpötiloja kestäviä laatuja.
   • Fosfaattiestereiden kohdalla suosi RDP/BDP:tä TCPP:n sijaan pienemmän migraation vuoksi.
3. Laboratoriomittakaavan testaus ja optimointi:
   • Valmista pieniä eriä vaihtelevilla määrillä (esim. säädä MDH/APP/ZB/ZS-suhteita).
   • Sekoitus: Käytä suurnopeuksisia sekoittimia (esim. Henschel) tasaisen dispersion saavuttamiseksi. Lisää ensin nesteet (pehmittimet, stabilointiaineet) ja sitten jauheet.
   • Käsittelykokeet: Testaa tuotantolaitteilla (esim. Banbury-sekoitin + kalanterointi). Seuraa plastisoitumisaikaa, sulan viskositeettia, vääntömomenttia ja pinnanlaatua.
   • Suorituskykytestaus:
     • Palonsuojaus: UL94, LOI.
     • Mekaaniset ominaisuudet: Kovuus (Shore A), vetolujuus, venymä.
     • Pehmeys/käden tuntuma: Subjektiiviset + kovuustestit.
     • Matalan lämpötilan joustavuus: Kylmätaivutustesti.
     • Lämpöstabiilius: Kongon punainen -testi.
     • Ulkonäkö: Väri, kiilto, kohokuviointi.
     • (Valinnainen) Savun tiheys: NBS-savukammio.
4. Vianmääritys ja tasapainotus:

5. Pilotti- ja tuotantovaihe: Laboratorio-optimoinnin jälkeen suorita pilottikokeet vakauden, yhdenmukaisuuden ja kustannusten varmistamiseksi. Skaalaa ylös vasta validoinnin jälkeen.

Johtopäätös

Siirtyminen antimonipohjaisesta halogeenittomaan palonestoaineeseen, PVC-nahasta, on mahdollista, mutta vaatii systemaattista kehitystä. Ydinmenetelmässä yhdistyvät metallihydroksidit (mieluiten pintakäsitelty MDH), fosfori-typpisynergistit (APP tai ADP) ja monitoimiset savunestoaineet (sinkkiboraatti, sinkkistannaatti). Samanaikaisesti on ratkaisevan tärkeää optimoida pehmittimiä, stabilointiaineita, voiteluaineita ja prosessoinnin apuaineita.

Menestyksen avaimet:

1. Määrittele selkeät tavoitteet ja rajoitukset (palonsuojaus, ominaisuudet, kustannukset).
2. Valitse todistetusti halogeenittomia palonestoaineita (pintakäsitellyt täyteaineet, korkean lämpötilan APP).
3. Suorita perusteelliset laboratoriotestit (palonsuojaus, ominaisuudet, prosessointi).
4. Varmista tasainen sekoitus ja prosessin yhteensopivuus.

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