Análise e optimización da formulación ignífuga para revestimentos de PVC

Análise e optimización da formulación ignífuga para revestimentos de PVC

O cliente fabrica tendas de PVC e precisa aplicar un revestimento ignífugo. A fórmula actual consta de 60 partes de resina de PVC, 40 partes de TOTM, 30 partes de hipofosfito de aluminio (cun ​​40 % de contido de fósforo), 10 partes de MCA, 8 partes de borato de zinc, xunto con dispersantes. Non obstante, o rendemento ignífugo é deficiente e a dispersión dos ignífugos tamén é inadecuada. A continuación, móstrase unha análise dos motivos e unha proposta de axuste para a fórmula.

I. Razóns principais da baixa resistencia á chama

1. Sistema ignífugo desequilibrado con efectos sinérxicos débiles

• Exceso de hipofosfito de aluminio (30 partes):
  Aínda que o hipofosfito de aluminio é un retardante de chama eficiente a base de fósforo (40 % de contido de fósforo), a adición excesiva (>25 partes) pode levar a:
• Un aumento brusco da viscosidade do sistema, que dificulta a dispersión e forma puntos quentes aglomerados que aceleran a combustión ("efecto mecha").
• Redución da tenacidade do material e propiedades de formación de película prexudicadas debido ao exceso de recheo inorgánico.
• Alto contido en MCA (10 partes):
  O MCA (a base de nitróxeno) úsase normalmente como sinérxico. Cando a dosificación supera as 5 partes, tende a migrar á superficie, o que satura a eficiencia do retardante de chama e pode interferir con outros retardantes de chama.
• Falta de sinérxicos clave:
  Aínda que o borato de zinc ten efectos supresores de fume, a ausencia de compostos a base de antimonio (por exemplo, trióxido de antimonio) ou de óxido metálico (por exemplo, hidróxido de aluminio) impide a formación dun sistema sinérxico de "fósforo-nitróxeno-antimonio", o que resulta nunha capacidade ignifuga insuficiente en fase gasosa.

2. Desaxuste entre a selección do plastificante e os obxectivos de retardo de chama

• O TOTM (trimelitato de trioctilo) ten unha capacidade ignífuga limitada:
  O TOTM destaca pola súa resistencia á calor, pero é moito menos eficaz en termos de retardo de chama en comparación cos ésteres de fosfato (por exemplo, o TOTP). Para aplicacións con alta retardación de chama, como os revestimentos de tendas de campaña, o TOTM non pode proporcionar suficientes capacidades de carbonización e barreira ao osíxeno.
• Plastificante total insuficiente (só 40 partes):
  A resina de PVC require normalmente entre 60 e 75 partes de plastificante para a plastificación completa. Un baixo contido de plastificante leva a unha alta viscosidade da masa fundida, o que agrava aínda máis os problemas de dispersión dos retardantes de chama.

3. Sistema de dispersión ineficaz que leva a unha distribución desigual do retardante de chama

• O dispersante actual pode ser de tipo xeral (por exemplo, ácido esteárico ou cera de PE), que é ineficaz para retardantes de chama inorgánicos de alta carga (hipofosfito de aluminio + borato de zinc nun total de 48 partes), o que provoca:
• Aglomeración de partículas ignífugas, creando puntos débiles localizados no revestimento.
• Mala fluidez durante o procesamento, xerando calor de cizallamento que desencadea a descomposición prematura.

4. Mala compatibilidade entre os retardantes de chama e o PVC

• Os materiais inorgánicos como o hipofosfito de aluminio e o borato de zinc presentan diferenzas de polaridade significativas co PVC. Sen modificación superficial (por exemplo, axentes de acoplamento de silano), prodúcese a separación de fases, o que reduce a eficiencia ignífuga.

II. Enfoque de deseño central

1. Substituír o plastificante primario por TOTP

• Aproveita a súa excelente ignifugación intrínseca (contido de fósforo ≈9 %) e o seu efecto plastificante.

2. Optimizar as proporcións e a sinerxía ignífugas

• Manter o hipofosfito de aluminio como fonte principal de fósforo, pero reducir significativamente a súa dosificación para mellorar a dispersión e minimizar o "efecto mecha".
• Manter o borato de zinc como un sinérxico clave (que promove a carbonización e a supresión do fume).
• Manter o MCA como sinérxico de nitróxeno, pero reducir a súa dosificación para evitar a migración.
• Introducirhidróxido de aluminio ultrafino (ATH)como compoñente multifuncional:
• Resistencia á chama:Descomposición endotérmica (deshidratación), arrefriamento e dilución de gases inflamables.
• Supresión do fume:Reduce significativamente a xeración de fume.
• Recheo:Reduce custos (en comparación con outros retardantes de chama).
• Dispersión e fluxo mellorados (grao ultrafino):Máis fácil de dispersar que o ATH convencional, o que minimiza o aumento da viscosidade.

3. Solucións sólidas para problemas de dispersión

• Aumentar significativamente o contido de plastificante:Asegurar a plastificación completa do PVC e reducir a viscosidade do sistema.
• Usar superdispersantes de alta eficiencia:Deseñado especificamente para pos inorgánicos de alta carga e fácil aglomeración (hipofosfito de aluminio, ATH).
• Optimizar o procesamento (a premestura é fundamental):Asegurar a humectación e dispersión completas dos retardantes de chama.

4. Garantir a estabilidade básica do procesamento

• Engadir suficientes estabilizadores térmicos e lubricantes axeitados.

III. Fórmula revisada de PVC ignífugo

IV. Notas sobre a fórmula e puntos clave

1. TOTP é a base fundamental

• 65–75 pezasgarante:
• Plastificación completa: o PVC require plastificante suficiente para a formación dunha película branda e continua.
• Redución da viscosidade: fundamental para mellorar a dispersión de retardantes de chama inorgánicos de alta carga.
• Retardante de chama intrínseca: o TOTP en si mesmo é un plastificante ignífugo moi eficaz.

2. Sinerxia ignífuga

• Sinerxia PNB-Al:O hipofosfito de aluminio (P) + MCA (N) proporcionan sinerxía de PN básica. O borato de zinc (B, Zn) mellora a carbonización e a supresión do fume. O ATH ultrafino (Al) ofrece un arrefriamento endotérmico masivo e supresión do fume. O TOTP tamén contribúe con fósforo. Isto crea un sistema sinérxico de múltiples elementos.
• Papel de ATH:De 25 a 35 partes de ATH ultrafino contribúe de forma importante á ignifugación e á supresión do fume. A súa descomposición endotérmica absorbe a calor, mentres que o vapor de auga liberado dilúe o osíxeno e os gases inflamables.O ATH ultrafino e tratado superficialmente é fundamentalpara minimizar o impacto da viscosidade e mellorar a compatibilidade co PVC.
• Hipofosfito de aluminio reducido:Reduciuse de 30 a 15–20 partes para aliviar a carga do sistema e manter a contribución de fósforo.
• MCA reducido:Reduído de 10 a 4–6 partes para evitar a migración.

3. Solución de dispersión: fundamental para o éxito

• Superdispersante (3–4 partes):Esencial para manexar o sistema de alta carga (50–70 partes de recheos inorgánicos en total!) e difícil de dispersar (hipofosfito de aluminio + ATH ultrafino + borato de zinc).Os dispersantes ordinarios (por exemplo, estearato de calcio, cera de PE) son insuficientes!Invista en superdispersantes de alta eficiencia e use cantidades axeitadas.
• Contido de plastificante (65–75 partes):Como o anterior, reduce a viscosidade xeral, creando un mellor ambiente para a dispersión.
• Lubricantes (1–2 partes):Unha combinación de lubricantes internos/externos garante unha boa fluidez durante a mestura e o revestimento, evitando que se pegue.

4. Procesamento: protocolo estrito de premestura

• Paso 1 (mestura seca de pos inorgánicos):
• Engadir hipofosfito de aluminio, ATH ultrafino, borato de zinc, MCA e todos os superdispersantes a un mesturador de alta velocidade.
• Mesturar a 80–90 °C durante 8–10 minutos. Obxectivo: garantir que o superdispersante cubra completamente cada partícula, rompendo os aglomerados.O tempo e a temperatura son críticos!
• Paso 2 (Formación de lama):
• Engade a maior parte do TOTP (por exemplo, o 70–80%), todos os estabilizadores térmicos e os lubricantes internos á mestura do Paso 1.
• Mesturar a 90–100 °C durante 5–7 minutos para formar unha suspensión uniforme, fluida e ignífuga. Asegurarse de que os pos estean completamente humedecidos polos plastificantes.
• Paso 3 (Engadir PVC e os compoñentes restantes):
• Engadir resina de PVC, o TOTP restante, lubricantes externos (e antioxidantes/estabilizadores UV, se se engadiron nesta fase).
• Mesturar a 100–110 °C durante 7–10 minutos ata alcanzar o «punto seco» (fluír libremente, sen grumos).Evitar mesturar demasiado para evitar a degradación do PVC.
• Refrixeración:Descargar e arrefriar a mestura a <50 °C para evitar a formación de grumos.

5. Procesamento posterior

• Use a mestura seca arrefriada para calandrar ou revestir.
• Controlar estritamente a temperatura de procesamento (temperatura de fusión recomendada ≤170–175 °C) para evitar a falla do estabilizador ou a descomposición prematura de retardantes de chama (por exemplo, ATH).

V. Resultados esperados e precaucións

• Resistencia á chama:En comparación coa fórmula orixinal (TOTM + hipofosfito/MCA con alto contido en aluminio), esta fórmula revisada (TOTP + proporcións P/N/B/Al optimizadas) debería mellorar significativamente a resistencia á chama, especialmente no rendemento de queima vertical e na supresión do fume. Obxectivo a normas como a CPAI-84 para tendas de campaña. Probas clave: ASTM D6413 (queima vertical).
• Dispersión:O superdispersante + alto plastificante + premestura optimizada debería mellorar en gran medida a dispersión, reducindo a aglomeración e mellorando a uniformidade do revestimento.
• Procesabilidade:Un TOTP e lubricantes axeitados deberían garantir un procesamento sen problemas, pero vixíese a viscosidade e a adherencia durante a produción real.
• Custo:O TOTP e os superdispersantes son caros, pero o hipofosfito de aluminio reducido e o MCA compensan algúns custos. O ATH ten un custo relativamente baixo.

Recordatorios críticos:

• Primeiro, ensaios a pequena escala!Probas no laboratorio e axustes en función dos materiais (especialmente o rendemento do ATH e dos superdispersantes) e do equipo reais.
• Selección de materiais:
• ATH:Deben empregarse calidades ultrafinas (D50 ≤2µm) con tratamento superficial (por exemplo, silano). Consulte cos provedores para obter recomendacións compatibles co PVC.
• Superdispersantes:Deben empregarse tipos de alta eficiencia. Informar os provedores sobre a aplicación (PVC, recheos inorgánicos de alta carga, retardantes de chama sen halóxenos).
• TOTP:Garantir unha alta calidade.
• Probas:Realizar rigorosas probas de retardo de chama segundo os estándares obxectivo. Avaliar tamén a resistencia ao envellecemento/auga (fundamental para as tendas de campaña para exteriores!). Os estabilizadores UV e os antioxidantes son esenciais.

More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com