Bezhalogenová formulace zpomalující hoření pro TPU nátěrový systém s použitím rozpouštědla DMF

Bezhalogenová formulace zpomalující hoření pro TPU nátěrový systém s použitím rozpouštědla DMF

U TPU nátěrových systémů používajících dimethylformamid (DMF) jako rozpouštědlo vyžaduje použití fosfornanu hlinitého (AHP) a boritanu zinečnatého (ZB) jako zpomalovačů hoření systematické hodnocení. Níže je uvedena podrobná analýza a implementační plán:

I. Analýza proveditelnosti hypofosforitanu hlinitého (AHP)

1. Mechanismus a výhody zpomalujícího hoření

• Mechanismus:
• Rozkládá se při vysokých teplotách za vzniku kyseliny fosforečné a metafosforečné, což podporuje tvorbu uhlíku v TPU (zpomalení hoření v kondenzované fázi).
• Uvolňuje PO· radikály, které přerušují řetězové reakce spalování (zpomalení hoření v plynné fázi).
• Výhody:
• Bez halogenů, s nízkým obsahem kouře, nízkou toxicitou, v souladu s RoHS/REACH.
• Dobrá tepelná stabilita (teplota rozkladu ≈300 °C), vhodné pro procesy sušení TPU (obvykle <150 °C).

2. Problémy s aplikací a jejich řešení

3. Doporučené složení a postup

• Příklad formulace:
• Základ TPU/DMF: 100 phr
• Povrchově modifikovaný AHP: 20 phr
• Boritan zinečnatý (ZB): 5 phr (synergie potlačení kouře)
• Dispergační činidlo (BYK-110): 1,5 dílů na 1000 ppm
• Klíčové body procesu:
• Předmíchejte AHP s dispergačním činidlem a částečným DMF za vysokého střihu (≥3000 ot/min, 30 min) a poté smíchejte s suspenzí TPU.
• Sušení po nanesení vrstvy: 120–150 °C, prodloužit dobu o 10 % pro zajištění úplného odpaření DMF.

II. Analýza proveditelnosti boritanu zinečnatého (ZB)

1. Mechanismus a výhody zpomalujícího hoření

• Mechanismus:
• Při vysokých teplotách tvoří skleněnou vrstvu B₂O₃, která blokuje kyslík a teplo (zpomalení hoření v kondenzované fázi).
• Uvolňuje vázanou vodu (~13 %), ředí hořlavé plyny a chladí systém.
• Výhody:
• Silný synergický efekt s AHP nebo hydroxidem hlinitým (ATH).
• Vynikající potlačení kouře, ideální pro aplikace s nízkým obsahem kouře.

2. Problémy s aplikací a jejich řešení

3. Doporučené složení a postup

• Příklad formulace:
• Základ TPU/DMF: 100 phr
• Nano-rozměr ZB: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Smáčedlo (Tego 750W): 1 phr
• Klíčové body procesu:
• Před smícháním s suspenzí TPU dispergujte ZB v DMF pomocí kuličkového mletí (velikost částic ≤ 2 μm).
• Prodlužte dobu schnutí (např. 30 min), aby zbytková vlhkost neovlivnila zpomalování hoření.

III. Synergické vyhodnocení systému AHP + ZB

1. Synergické účinky zpomalování hoření

• Synergie plynné a kondenzované fáze:
• AHP poskytuje fosfor pro zuhelnatění, zatímco ZB stabilizuje vrstvu zuhelnatění a potlačuje dosvit.
• Kombinovaný LOI: 28–30 %, dosažitelné dle UL94 V-0 (1,6 mm).
• Potlačení kouře:
• ZB snižuje emise kouře o >50 % (test s kuželovým kalorimetrem).

2. Doporučení pro vyvážení výkonu

• Kompenzace mechanických vlastností:
• Pro zachování flexibility (protažení >300 %) přidejte 2–3 % změkčovadla TPU (např. polykaprolaktonpolyol).
• Používejte ultrajemné prášky (AHP/ZB <2 μm) pro minimalizaci ztráty pevnosti v tahu.
• Řízení stability procesu:
• Pro rovnoměrné nanesení povlaku udržujte viskozitu suspenze na 2000–4000 cP (Brookfield RV, vřeteno 4, 20 ot/min).

IV. Srovnání s kapalnými zpomalovači hoření na bázi rozpouštědel

V. Doporučené implementační kroky

1. Laboratorní testování:

• Vyhodnoťte AHP/ZB jednotlivě a v kombinaci (gradientní zatížení: 10 %, 15 %, 20 %).
• Posuďte stabilitu disperze (žádná sedimentace po 24 hodinách), změny viskozity a rovnoměrnost povlaku.

1. Validace v pilotním měřítku:

• Optimalizujte podmínky sušení (čas/teplota) a otestujte zpomalení hoření (UL94, LOI) a mechanické vlastnosti.
• Porovnání nákladů: Pokud AHP+ZB sníží náklady o >30 % oproti kapalným FR, je to ekonomicky životaschopné.

1. Příprava na větší objem:

• Spolupracujte s dodavateli na vývoji předdispergovaných masterbatchů AHP/ZB (na bázi DMF) pro zjednodušenou výrobu.

VI. Závěr

Díky řízeným disperzním procesům mohou AHP a ZB sloužit jako účinné zpomalovače hoření pro povlaky TPU/DMF, za předpokladu, že:

1. Modifikace povrchu + disperze s vysokým smykemse používá k zabránění shlukování částic.
2. AHP (primární) + ZB (synergistický)vyvažuje efektivitu a náklady.
3. Provysoká transparentnost/flexibilitaVzhledem k požadavkům zůstávají vhodnější kapalné fosforovo-dusíkaté FR (např. Levagard 4090N).

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO a REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com