Conversió de formulació per a cuir de PVC ignífug sense halògens

Conversió de formulació per a cuir de PVC ignífug sense halògens

Introducció

El client produeix cuir de PVC ignífug i anteriorment s'utilitzava triòxid d'antimoni (Sb₂O₃). Ara volen eliminar l'Sb₂O₃ i canviar a retardants de flama sense halògens. La formulació actual inclou PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 i antimoni. La transició d'una formulació de cuir de PVC a base d'antimoni a un sistema ignífug sense halògens representa una actualització tecnològica significativa. Aquest canvi no només compleix amb les normatives ambientals cada cop més estrictes (per exemple, RoHS, REACH), sinó que també millora la imatge "verda" del producte i la competitivitat al mercat.

Reptes clau

1. Pèrdua de l'efecte sinèrgic:
   • L'Sb₂O₃ no és un retardant de flama fort per si sol, però presenta excel·lents efectes ignífugs sinèrgics amb el clor del PVC, millorant significativament l'eficiència. L'eliminació de l'antimoni requereix trobar un sistema alternatiu sense halògens que replic aquesta sinergia.
2. Eficiència ignífuga:
   • Els retardants de flama sense halògens sovint requereixen càrregues més elevades per aconseguir classificacions ignífugues equivalents (per exemple, UL94 V-0), cosa que pot afectar les propietats mecàniques (suavitat, resistència a la tracció, allargament), el rendiment del processament i el cost.
3. Característiques del cuir de PVC:
   • El cuir de PVC exigeix ​​una suavitat, un tacte excel·lent, un acabat superficial (relleu, brillantor), resistència a la intempèrie, resistència a la migració i flexibilitat a baixes temperatures. La nova formulació ha de mantenir o igualar aquestes propietats.
4. Rendiment de processament:
   • Les càrregues elevades de farcits sense halògens (per exemple, ATH) poden afectar el flux de fusió i l'estabilitat del processament.
5. Consideracions sobre els costos:
   • Alguns retardants de flama sense halògens d'alta eficiència són cars, cosa que requereix un equilibri entre rendiment i cost.

Estratègia de selecció per a sistemes ignífugs sense halògens (per a cuir artificial de PVC)

1. Retardants de flama primaris: hidròxids metàl·lics

• Trihidròxid d'alumini (ATH):
  • El més comú, rendible.
  • Mecanisme: Descomposició endotèrmica (~200 °C), alliberant vapor d'aigua per diluir gasos inflamables i oxigen alhora que forma una capa superficial protectora.
  • Inconvenients: Baixa eficiència, alta càrrega necessària (40–70 phr), redueix significativament la suavitat, l'elongació i la processabilitat; la temperatura de descomposició és baixa.
• Hidròxid de magnesi (MDH):
  • Temperatura de descomposició més alta (~340 °C), més adequada per al processament de PVC (160–200 °C).
  • Inconvenients: Es necessiten càrregues elevades similars (40–70 phr); cost lleugerament superior al de l'ATH; pot tenir una major absorció d'humitat.

Estratègia:

• Preferiu MDH o una barreja ATH/MDH (per exemple, 70/30) per equilibrar el cost, l'adaptabilitat a la temperatura de processament i la resistència a la flama.
• L'ATH/MDH tractat superficialment (per exemple, acoblat amb silà) millora la compatibilitat amb el PVC, mitiga la degradació de les propietats i millora la resistència a la flama.

2. Sinergistes ignífugs

Per reduir les càrregues primàries de retardants de flama i millorar l'eficiència, els sinèrgics són essencials:

• Retardants de flama de fòsfor i nitrogen: ideals per a sistemes de PVC sense halògens.
  • Polifosfat d'amoni (APP): Promou la carbonització, formant una capa aïllant intumescent.
    • Nota: Utilitzeu graus resistents a altes temperatures (per exemple, Fase II, >280 °C) per evitar la descomposició durant el processament. Alguns APP poden afectar la transparència i la resistència a l'aigua.
  • Dietilfosfinat d'alumini (ADP): Altament eficient, baixa càrrega (5–20 phr), mínim impacte en les propietats, bona estabilitat tèrmica.
    • Inconvenient: Cost més elevat.
  • Èsters de fosfat (per exemple, RDP, BDP, TCPP): Funcionen com a retardants de flama plastificants.
    • Pros: Doble funció (plastificant + ignífug).
    • Contres: Les molècules petites (per exemple, el TCPP) poden migrar/volatilitzar-se; l'RDP/BDP tenen una eficiència de plastificació inferior a la del DOP i poden reduir la flexibilitat a baixa temperatura.
• Borat de zinc (ZB):
  • De baix cost, multifuncional (ignífug, supressor de fum, promotor de carbonització, antidegoteig). Sinergitza bé amb ATH/MDH i sistemes de fòsfor-nitrogen. Càrrega típica: 3–10 phr.
• Estannat de zinc/hidroxi-estannat:
  • Excel·lents supressors de fum i sinergistes ignífugs, especialment per a polímers que contenen clor (per exemple, PVC). Poden substituir parcialment el paper sinèrgic de l'antimoni. Càrrega típica: 2–8 phr.
• Compostos de molibdè (per exemple, MoO₃, molibdat d'amoni):
  • Potents supressors de fum amb sinergia ignífuga. Càrrega típica: 2–5 phr.
• Nanofarcits (per exemple, nanoargila):
  • Les càrregues baixes (3–8 phr) milloren la resistència a la flama (formació de carbonització, reducció de la taxa d'alliberament de calor) i les propietats mecàniques. La dispersió és crítica.

3. Supressors de fum

El PVC produeix un fum intens durant la combustió. Les formulacions sense halògens sovint requereixen supressió de fum. El borat de zinc, l'estanat de zinc i els compostos de molibdè són opcions excel·lents.

Formulació ignífuga sense halògens proposada (basada en la formulació original del client)

Objectiu: Assolir la norma UL94 V-0 (1,6 mm o més gruixut) mantenint la suavitat, la processabilitat i les propietats clau.

Supòsits:

• Formulació original:
  • DOP: 50–70 phr (plastificant).
  • ST: Probablement àcid esteàric (lubricant).
  • HICOAT-410: Estabilitzador de Ca/Zn.
  • BZ-500: Probablement un lubricant/coadjuvant de processament (per confirmar).
  • EPOXI: Oli de soja epoxidat (coestabilitzant/plastificant).
  • Antimoni: Sb₂O₃ (a eliminar).

1. Marc de formulació recomanat (per resina de PVC de 100 phr)

2. Formulació d'exemple (requereix optimització)

Passos crítics d'implementació

1. Confirma els detalls de la matèria primera:
   • Aclarir les identitats químiques deBZ-500iST(consulteu les fitxes tècniques dels proveïdors).
   • Verificar les càrregues exactes deDOP,EPOXI, iHICOAT-410.
   • Definir els requisits del client: retard de flama objectiu (per exemple, gruix UL94), suavitat (duresa), aplicació (automoció, mobles, bosses?), necessitats especials (resistència al fred, estabilitat UV, resistència a l'abrasió?), límits de cost.
2. Seleccioneu graus específics de retardant de flama:
   • Sol·liciteu mostres de retardants de flama sense halògens fetes a mida per a cuir de PVC als proveïdors.
   • Prioritzeu l'ATH/MDH tractat superficialment per a una millor dispersió.
   • Per a APP, utilitzeu graus resistents a altes temperatures.
   • Per als èsters de fosfat, preferiu RDP/BDP a TCPP per a una migració més baixa.
3. Proves i optimització a escala de laboratori:
   • Prepareu lots petits amb càrregues variables (per exemple, ajusteu les ràtios MDH/APP/ZB/ZS).
   • Barreja: Utilitzeu mescladors d'alta velocitat (per exemple, Henschel) per a una dispersió uniforme. Afegiu primer els líquids (plastificants, estabilitzants) i després les pols.
   • Proves de processament: Prova en equips de producció (per exemple, mesclador Banbury + calandrat). Control del temps de plastificació, la viscositat de la fosa, el parell de torsió i la qualitat de la superfície.
   • Proves de rendiment:
     • Resistent a la flama: UL94, LOI.
     • Propietats mecàniques: Duresa (Shore A), resistència a la tracció, allargament.
     • Suavitat/tacte: proves subjectives + duresa.
     • Flexibilitat a baixa temperatura: prova de flexió en fred.
     • Estabilitat tèrmica: prova del vermell Congo.
     • Aspecte: Color, brillantor, relleu.
     • (Opcional) Densitat del fum: cambra de fum NBS.
4. Resolució de problemes i equilibri:

5. Prova pilot i producció: després de l'optimització del laboratori, realitzeu proves pilot per verificar l'estabilitat, la consistència i el cost. Amplieu l'escalabilitat només després de la validació.

Conclusió

La transició del cuir de PVC ignífug a base d'antimoni al cuir de PVC ignífug sense halògens és factible, però requereix un desenvolupament sistemàtic. L'enfocament principal combina hidròxids metàl·lics (preferiblement MDH tractat superficialment), sinèrgics de fòsfor-nitrogen (APP o ADP) i supressors de fum multifuncionals (borat de zinc, estannat de zinc). Simultàniament, l'optimització dels plastificants, estabilitzadors, lubricants i ajudes de processament és fonamental.

Claus de l'èxit:

1. Definir objectius i restriccions clars (ignífug, propietats, cost).
2. Seleccioneu retardants de flama sense halògens de provada eficàcia (farcits tractats superficialment, APP d'alta temperatura).
3. Realitzar proves de laboratori rigoroses (ignífug, propietats, processament).
4. Assegureu-vos una barreja uniforme i la compatibilitat del procés.

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