Konverze receptury pro bezhalogenovou nehořlavou PVC kůži

Konverze receptury pro bezhalogenovou nehořlavou PVC kůži

Zavedení

Klient vyrábí nehořlavou PVC kůži a dříve používaný oxid antimonitý (Sb₂O₃). Nyní se snaží Sb₂O₃ zcela eliminovat a přejít na bezhalogenové zpomalovače hoření. Současné složení zahrnuje PVC, DOP, EPOXID, BZ-500, ST, HICOAT-410 a antimon. Přechod z receptury PVC kůže na bázi antimonu na bezhalogenový systém zpomalovačů hoření představuje významnou technologickou modernizaci. Tato změna nejen splňuje stále přísnější environmentální předpisy (např. RoHS, REACH), ale také zvyšuje „zelenou“ image produktu a jeho konkurenceschopnost na trhu.

Klíčové výzvy

1. Ztráta synergického efektu:
   • Sb₂O₃ sám o sobě není silným zpomalovačem hoření, ale vykazuje vynikající synergické účinky zpomalující hoření s chlorem v PVC, což výrazně zlepšuje účinnost. Odstranění antimonu vyžaduje nalezení alternativního bezhalogenového systému, který tuto synergii replikuje.
2. Účinnost zpomalení hoření:
   • Bezhalogenové zpomalovače hoření často vyžadují vyšší množství pro dosažení ekvivalentních hodnot zpomalovačů hoření (např. UL94 V-0), což může ovlivnit mechanické vlastnosti (měkkost, pevnost v tahu, prodloužení), zpracovatelský výkon a náklady.
3. Vlastnosti PVC kůže:
   • PVC kůže vyžaduje vynikající měkkost, omak, povrchovou úpravu (reliéfní vzorek, lesk), odolnost vůči povětrnostním vlivům, odolnost proti migraci a flexibilitu za nízkých teplot. Nové složení si musí tyto vlastnosti zachovat nebo se jim co nejvíce přiblížit.
4. Výkon zpracování:
   • Vysoké množství bezhalogenových plniv (např. ATH) může ovlivnit tok taveniny a stabilitu při zpracování.
5. Úvahy o nákladech:
   • Některé vysoce účinné bezhalogenové zpomalovače hoření jsou drahé, což vyžaduje rovnováhu mezi výkonem a cenou.

Strategie výběru bezhalogenových systémů zpomalujících hoření (pro PVC umělou kůži)

1. Primární zpomalovače hoření – hydroxidy kovů

• Hydroxid hlinitý (ATH):
  • Nejběžnější, cenově výhodné.
  • Mechanismus: Endotermický rozklad (~200 °C), uvolňování vodní páry za účelem ředění hořlavých plynů a kyslíku a zároveň vytvoření ochranné povrchové vrstvy.
  • Nevýhody: Nízká účinnost, vysoké požadované zatížení (40–70 phr), výrazně snižuje měkkost, prodloužení a zpracovatelnost; teplota rozkladu je nízká.
• Hydroxid hořečnatý (MDH):
  • Vyšší teplota rozkladu (~340 °C), vhodnější pro zpracování PVC (160–200 °C).
  • Nevýhody: Podobně vysoké zatížení (40–70 phr); mírně vyšší cena než ATH; může mít vyšší absorpci vlhkosti.

Strategie:

• Upřednostněte MDH nebo směs ATH/MDH (např. 70/30), abyste vyvážili náklady, přizpůsobivost teplotě zpracování a zpomalení hoření.
• Povrchově upravený (např. silanem vázaný) ATH/MDH zlepšuje kompatibilitu s PVC, zmírňuje degradaci vlastností a zvyšuje nehořlavost.

2. Synergické látky zpomalující hoření

Pro snížení primárního množství zpomalovačů hoření a zvýšení účinnosti jsou nezbytné synergické látky:

• Fosforovo-dusíkaté zpomalovače hoření: Ideální pro bezhalogenové PVC systémy.
  • Polyfosforečnan amonný (APP): Podporuje zuhelnatění a vytváří intumescentní izolační vrstvu.
    • Poznámka: Používejte materiály odolné vůči vysokým teplotám (např. fáze II, >280 °C), abyste zabránili rozkladu během zpracování. Některé polymery proti vodě (APP) mohou ovlivnit průhlednost a vodotěsnost.
  • Diethylfosfinát hlinitý (ADP): Vysoce účinný, nízké zatížení (5–20 phr), minimální vliv na vlastnosti, dobrá tepelná stabilita.
    • Nevýhoda: Vyšší náklady.
  • Fosfátové estery (např. RDP, BDP, TCPP): Fungují jako plastifikační zpomalovače hoření.
    • Výhody: Dvojí funkce (změkčovadlo + zpomalovač hoření).
    • Nevýhody: Malé molekuly (např. TCPP) mohou migrovat/těkat; RDP/BDP mají nižší plastifikační účinnost než DOP a mohou snižovat flexibilitu při nízkých teplotách.
• Boritan zinečnatý (ZB):
  • Nízkonákladový, multifunkční (zpomalovač hoření, potlačuje kouř, podporuje tvorbu uhlíku, zabraňuje odkapávání). Dobře synergicky působí s ATH/MDH a fosfor-dusíkatými systémy. Typické množství: 3–10 phr.
• Staničnan zinečnatý/hydroxystaničnan zinečnatý:
  • Vynikající potlačovače kouře a synergické látky zpomalující hoření, zejména pro polymery obsahující chlór (např. PVC). Může částečně nahradit synergickou roli antimonu. Typické množství: 2–8 phr.
• Sloučeniny molybdenu (např. MoO₃, molybdenan amonný):
  • Silné potlačovače kouře se synergií zpomalovačů hoření. Typické množství: 2–5 phr.
• Nano plniva (např. nanohlína):
  • Nízké množství (3–8 phr) zlepšuje zpomalení hoření (tvorba uhlíku, snížená rychlost uvolňování tepla) a mechanické vlastnosti. Disperze je zásadní.

3. Potlačovače kouře

PVC při hoření produkuje silný kouř. Bezhalogenové směsi často vyžadují potlačení kouře. Výbornou volbou jsou boritan zinečnatý, cíničitan zinečnatý a sloučeniny molybdenu.

Navrhovaná bezhalogenová receptura zpomalující hoření (na základě původní receptury klienta)

Cíl: Dosáhnout UL94 V-0 (1,6 mm nebo silnější) při zachování měkkosti, zpracovatelnosti a klíčových vlastností.

Předpoklady:

• Původní složení:
  • DOP: 50–70 phr (změkčovadlo).
  • ST: Pravděpodobně kyselina stearová (lubrikant).
  • HICOAT-410: Stabilizátor Ca/Zn.
  • BZ-500: Pravděpodobně mazivo/pomocná látka (pro potvrzení).
  • EPOXID: Epoxidovaný sójový olej (kostabilizátor/změkčovadlo).
  • Antimon: Sb₂O₃ (k odstranění).

1. Doporučený rámec pro formulaci (na 100 phr PVC pryskyřice)

2. Příklad formulace (vyžaduje optimalizaci)

Kritické kroky implementace

1. Potvrďte podrobnosti o surovinách:
   • Objasněte chemické identityBZ-500aST(viz technické listy dodavatele).
   • Ověřte přesné naloženíKameraman/kameramanka,EPOXIDaHICOAT-410.
   • Definujte požadavky klienta: Cílová nehořlavost (např. tloušťka dle UL94), měkkost (tvrdost), použití (automobilový průmysl, nábytek, tašky?), speciální potřeby (odolnost vůči chladu, UV stabilita, odolnost proti oděru?), cenové limity.
2. Vyberte konkrétní druhy zpomalovačů hoření:
   • Vyžádejte si od dodavatelů vzorky bezhalogenových zpomalovačů hoření určených pro PVC kůži.
   • Pro lepší rozptyl upřednostněte povrchově upravené ATH/MDH.
   • Pro APP používejte druhy odolné vůči vysokým teplotám.
   • U fosfátových esterů upřednostňujte RDP/BDP před TCPP kvůli nižší migraci.
3. Testování a optimalizace v laboratorním měřítku:
   • Připravujte malé dávky s různým množstvím (např. upravte poměry MDH/APP/ZB/ZS).
   • Míchání: Pro rovnoměrné rozptýlení použijte vysokorychlostní míchačky (např. Henschel). Nejprve přidejte kapaliny (změkčovadla, stabilizátory) a poté prášky.
   • Zkušební zpracování: Zkouška na výrobním zařízení (např. míchačka Banbury + kalandrování). Sledování doby plastifikace, viskozity taveniny, točivého momentu, kvality povrchu.
   • Testování výkonu:
     • Odolnost proti plameni: UL94, LOI.
     • Mechanické vlastnosti: Tvrdost (Shore A), pevnost v tahu, prodloužení.
     • Měkkost/pocit na dotek: Subjektivní + tvrdostní testy.
     • Nízkoteplotní flexibilita: Zkouška ohybem za studena.
     • Tepelná stabilita: test s konžskou červení.
     • Vzhled: Barva, lesk, reliéfní tisk.
     • (Volitelné) Hustota kouře: Kouřová komora NBS.
4. Řešení problémů a vyvažování:

5. Pilotní a produkční: Po optimalizaci laboratoře proveďte pilotní testy k ověření stability, konzistence a nákladů. Škálování proveďte až po validaci.

Závěr

Přechod z PVC kůže na bázi antimonu na bezhalogenovou nehořlavou kůži je proveditelný, ale vyžaduje systematický vývoj. Základní přístup kombinuje hydroxidy kovů (nejlépe povrchově upravený MDH), synergisty fosforu a dusíku (APP nebo ADP) a multifunkční potlačovače kouře (boritan zinečnatý, cíničitan zinečnatý). Současně je zásadní optimalizace změkčovadel, stabilizátorů, maziv a pomocných látek.

Klíče k úspěchu:

1. Definujte jasné cíle a omezení (odolnost proti hoření, vlastnosti, náklady).
2. Vyberte osvědčené bezhalogenové zpomalovače hoření (plniva s povrchovou úpravou, vysokoteplotní APP).
3. Proveďte přísné laboratorní testy (odolnost proti hoření, vlastnosti, zpracování).
4. Zajistěte rovnoměrné míchání a kompatibilitu s procesem.

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