Formulació ignífuga sense halògens per a sistemes de recobriment de TPU amb dissolvent DMF

Formulació ignífuga sense halògens per a sistemes de recobriment de TPU amb dissolvent DMF

Per als sistemes de recobriment de TPU que utilitzen dimetilformamida (DMF) com a dissolvent, l'ús d'hipofosfit d'alumini (AHP) i borat de zinc (ZB) com a retardants de flama requereix una avaluació sistemàtica. A continuació es mostra una anàlisi detallada i un pla d'implementació:

I. Anàlisi de viabilitat de l'hipofosfit d'alumini (AHP)

1. Mecanisme i avantatges ignífugs

• Mecanisme:
• Es descompon a altes temperatures per generar àcids fosfòrics i metafosfòrics, promovent la formació de carbonització en TPU (ignífug en fase condensada).
• Allibera radicals PO· per interrompre les reaccions en cadena de combustió (ignífug en fase gasosa).
• Avantatges:
• Sense halògens, baixa emissió de fums, baixa toxicitat, conforme amb RoHS/REACH.
• Bona estabilitat tèrmica (temperatura de descomposició ≈300 °C), adequada per a processos d'assecat de TPU (normalment <150 °C).

2. Reptes i solucions de l'aplicació

3. Formulació i procés recomanats

• Exemple de formulació:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• AHP modificat superficialment: 20 phr
• Borat de zinc (ZB): 5 phr (sinergia de supressió de fum)
• Dispersant (BYK-110): 1,5 phr
• Punts clau del procés:
• Prebarregeu AHP amb dispersant i DMF parcial a alta velocitat de cisallament (≥3000 rpm, 30 min) i després barregeu-ho amb la suspensió de TPU.
• Assecat posterior al recobriment: 120-150 °C, allargar el temps un 10% per assegurar l'evaporació completa de la DMF.

II. Anàlisi de viabilitat del borat de zinc (ZB)

1. Mecanisme i avantatges ignífugs

• Mecanisme:
• Forma una capa de vidre de B₂O₃ a altes temperatures, bloquejant l'oxigen i la calor (ignífug en fase condensada).
• Allibera aigua lligada (~13%), dilueix gasos inflamables i refreda el sistema.
• Avantatges:
• Fort efecte sinèrgic amb AHP o trihidròxid d'alumini (ATH).
• Excel·lent supressió de fum, ideal per a aplicacions amb poca emissió de fum.

2. Reptes i solucions de l'aplicació

3. Formulació i procés recomanats

• Exemple de formulació:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• ZB de mida nanomètrica: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Agent humectant (Tego 750W): 1 phr
• Punts clau del procés:
• Predispersar ZB en DMF mitjançant mòlta de perles (mida de partícula ≤2 μm) abans de barrejar-lo amb la suspensió de TPU.
• Allargueu el temps d'assecat (per exemple, 30 minuts) per evitar que la humitat residual afecti la resistència a la flama.

III. Avaluació sinèrgica del sistema AHP + ZB

1. Efectes ignífugs sinèrgics

• Sinergia en fase gasosa i fase condensada:
• L'AHP proporciona fòsfor per a la carbonització, mentre que el ZB estabilitza la capa de carbonització i suprimeix la postluminescència.
• LOI combinat: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) assolible.
• Supressió de fum:
• El ZB redueix l'emissió de fum en més d'un 50% (prova del calorímetre de con).

2. Recomanacions d'equilibri de rendiment

• Compensació de la propietat mecànica:
• Afegiu un 2-3% de plastificant TPU (per exemple, policaprolactona poliol) per mantenir la flexibilitat (allargament >300%).
• Utilitzeu pols ultrafines (AHP/ZB <2 μm) per minimitzar la pèrdua de resistència a la tracció.
• Control d'estabilitat del procés:
• Mantingueu la viscositat de la suspensió a 2000-4000 cP (Brookfield RV, eix 4, 20 rpm) per a un recobriment uniforme.

IV. Comparació amb retardants de flama líquids a base de dissolvents

V. Passos d'implementació recomanats

1. Proves a escala de laboratori:

• Avaluar AHP/ZB individualment i en combinació (càrrega de gradient: 10%, 15%, 20%).
• Avaluar l'estabilitat de la dispersió (sense sedimentació després de 24 h), els canvis de viscositat i la uniformitat del recobriment.

1. Validació a escala pilot:

• Optimitzar les condicions d'assecat (temps/temperatura) i provar la resistència a la flama (UL94, LOI) i les propietats mecàniques.
• Comparar costos: si AHP+ZB redueix els costos en més d'un 30% en comparació amb els FR líquids, és econòmicament viable.

1. Preparació per a l'escalat:

• Col·laborar amb els proveïdors per desenvolupar masterbatches AHP/ZB predispersats (basats en DMF) per a una producció simplificada.

VI. Conclusió

Amb processos de dispersió controlada, l'AHP i el ZB poden servir com a retardants de flama eficaços per a recobriments de TPU/DMF, sempre que:

1. Modificació de superfície + dispersió d'alta cisallaments'aplica per evitar l'aglomeració de partícules.
2. AHP (primari) + ZB (sinergista)equilibra l'eficiència i el cost.
3. Per aalta transparència/flexibilitatels FR líquids de fòsfor-nitrogen (per exemple, Levagard 4090N) continuen sent preferibles.

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

Email: lucy@taifeng-fr.com