Conversión de formulación para coiro de PVC ignífugo sen halóxenos

Conversión de formulación para coiro de PVC ignífugo sen halóxenos

Introdución

O cliente produce coiro de PVC ignífugo e anteriormente usaba trióxido de antimonio (Sb₂O₃). Agora o seu obxectivo é eliminar o Sb₂O₃ e cambiar a retardantes de chama libres de halóxenos. A formulación actual inclúe PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 e antimonio. A transición dunha formulación de coiro de PVC a base de antimonio a un sistema ignífugo libre de halóxenos representa unha actualización tecnolóxica significativa. Este cambio non só cumpre coas normativas ambientais cada vez máis estritas (por exemplo, RoHS, REACH), senón que tamén mellora a imaxe "verde" do produto e a súa competitividade no mercado.

Desafíos clave

1. Perda do efecto sinérxico:
   • O Sb₂O₃ non é un forte retardante de chama por si só, pero presenta excelentes efectos retardantes de chama sinérxicos co cloro no PVC, o que mellora significativamente a eficiencia. A eliminación do antimonio require atopar un sistema alternativo libre de halóxenos que replique esta sinerxía.
2. Eficiencia de resistencia á chama:
   • Os retardantes de chama libres de halóxenos adoitan requirir cargas máis elevadas para acadar clasificacións ignífugas equivalentes (por exemplo, UL94 V-0), o que pode afectar ás propiedades mecánicas (suavidade, resistencia á tracción, alongamento), ao rendemento do procesamento e ao custo.
3. Características do coiro de PVC:
   • O coiro de PVC require unha excelente suavidade, tacto, acabado superficial (gofrado, brillo), resistencia ás inclemencias do tempo, resistencia á migración e flexibilidade a baixas temperaturas. A nova formulación debe manter ou igualar estreitamente estas propiedades.
4. Rendemento de procesamento:
   • As cargas elevadas de recheos libres de halóxenos (por exemplo, ATH) poden afectar a fluidez e a estabilidade do procesamento.
5. Consideracións sobre custos:
   • Algúns retardantes de chama libres de halóxenos de alta eficiencia son caros, o que require un equilibrio entre rendemento e custo.

Estratexia de selección para sistemas ignífugos libres de halóxenos (para coiro artificial de PVC)

1. Retardantes de chama primarios: hidróxidos metálicos

• Trihidróxido de aluminio (ATH):
  • O máis común, rendible.
  • Mecanismo: Descomposición endotérmica (~200 °C), liberando vapor de auga para diluír os gases inflamables e o osíxeno á vez que forma unha capa superficial protectora.
  • Inconvenientes: baixa eficiencia, alta carga necesaria (40–70 phr), reduce significativamente a brandura, o alongamento e a procesabilidade; a temperatura de descomposición é baixa.
• Hidróxido de magnesio (MDH):
  • Temperatura de descomposición máis alta (~340 °C), máis axeitada para o procesamento de PVC (160–200 °C).
  • Inconvenientes: Necesítanse cargas elevadas similares (40–70 phr); custo lixeiramente superior ao ATH; pode ter unha maior absorción de humidade.

Estratexia:

• Prefira MDH ou unha mestura de ATH/MDH (por exemplo, 70/30) para equilibrar o custo, a adaptabilidade á temperatura de procesamento e a resistencia á chama.
• O ATH/MDH tratado superficialmente (por exemplo, acoplado a silano) mellora a compatibilidade co PVC, mitiga a degradación das propiedades e mellora a ignifugación.

2. Sinerxistas ignífugos

Para reducir as cargas primarias de retardantes de chama e mellorar a eficiencia, os sinergistas son esenciais:

• Retardantes de chama de fósforo e nitróxeno: ideais para sistemas de PVC libres de halóxenos.
  • Polifosfato de amonio (APP): promove a carbonización, formando unha capa illante intumescente.
    • Nota: Empregar tipos resistentes a altas temperaturas (por exemplo, Fase II, >280 °C) para evitar a descomposición durante o procesamento. Algúns APP poden afectar a transparencia e a resistencia á auga.
  • Dietilfosfinato de aluminio (ADP): alta eficiencia, baixa carga (5–20 phr), impacto mínimo nas propiedades, boa estabilidade térmica.
    • Inconveniente: Custo máis elevado.
  • Ésteres de fosfato (por exemplo, RDP, BDP, TCPP): funcionan como retardantes de chama plastificantes.
    • Vantaxes: Dobre función (plastificante + retardante de chama).
    • Contras: As moléculas pequenas (por exemplo, o TCPP) poden migrar/volatilizarse; o RDP/BDP ten unha eficiencia de plastificación menor que o DOP e pode reducir a flexibilidade a baixa temperatura.
• Borato de zinc (ZB):
  • De baixo custo, multifuncional (retardantes de chama, supresores de fume, promotores de carbonización, antigoteo). Sinerxía con sistemas ATH/MDH e fósforo-nitróxeno. Carga típica: 3–10 phr.
• Estanato de zinc/hidroxiestanato:
  • Excelentes supresores de fume e sinérxicos ignífugos, especialmente para polímeros que conteñen cloro (por exemplo, PVC). Poden substituír parcialmente o papel sinérxico do antimonio. Carga típica: 2–8 phr.
• Compostos de molibdeno (por exemplo, MoO₃, molibdato de amonio):
  • Potentes supresores de fume con sinerxía ignífuga. Carga típica: 2–5 phr.
• Nanoarxilas (por exemplo, nanoarxila):
  • As cargas baixas (3–8 phr) melloran a ignifugación (formación de carbonización, redución da taxa de liberación de calor) e as propiedades mecánicas. A dispersión é fundamental.

3. Supresores de fume

O PVC produce fume intenso durante a combustión. As formulacións libres de halóxenos adoitan requirir supresión do fume. O borato de zinc, o estannato de zinc e os compostos de molibdeno son excelentes opcións.

Formulación ignífuga sen halóxenos proposta (baseada na formulación orixinal do cliente)

Obxectivo: Conseguir a certificación UL94 V-0 (1,6 mm ou máis grosor) mantendo a suavidade, a procesabilidade e as propiedades clave.

Suposicións:

• Formulación orixinal:
  • DOP: 50–70 phr (plastificante).
  • ST: Probablemente ácido esteárico (lubricante).
  • HICOAT-410: Estabilizador de Ca/Zn.
  • BZ-500: Probablemente un lubricante/axudante de procesamento (por confirmar).
  • EPOXI: Aceite de soia epoxidado (coestabilizador/plastificante).
  • Antimonio: Sb₂O₃ (para ser eliminado).

1. Marco de formulación recomendado (por cada 100 phr de resina de PVC)

2. Formulación de exemplo (require optimización)

Pasos críticos de implementación

1. Confirmar os detalles da materia prima:
   • Aclarar as identidades químicas deBZ-500eST(consultar as fichas técnicas dos provedores).
   • Verificar as cargas exactas deDOP,EPOXI, eHICOAT-410.
   • Definir os requisitos do cliente: retardo de chama obxectivo (por exemplo, grosor UL94), suavidade (dureza), aplicación (automoción, mobles, bolsas?), necesidades especiais (resistencia ao frío, estabilidade aos raios UV, resistencia á abrasión?), límites de custo.
2. Seleccionar graos específicos de retardante de chama:
   • Solicite mostras de retardantes de chama libres de halóxenos adaptadas para coiro de PVC aos provedores.
   • Priorizar o ATH/MDH tratado superficialmente para unha mellor dispersión.
   • Para APP, use calidades resistentes a altas temperaturas.
   • Para os ésteres de fosfato, prefírese RDP/BDP sobre TCPP para unha menor migración.
3. Probas e optimización a escala de laboratorio:
   • Preparar lotes pequenos con cargas variables (por exemplo, axustar as proporcións MDH/APP/ZB/ZS).
   • Mestura: Empregar mesturadores de alta velocidade (por exemplo, Henschel) para unha dispersión uniforme. Engadir primeiro os líquidos (plastificantes, estabilizantes) e despois os pos.
   • Probas de procesamento: Probas en equipos de produción (por exemplo, mesturador + calandrado Banbury). Monitorización do tempo de plastificación, a viscosidade da masa fundida, o par de torsión e a calidade da superficie.
   • Probas de rendemento:
     • Resistencia á chama: UL94, LOI.
     • Propiedades mecánicas: Dureza (Shore A), resistencia á tracción, alongamento.
     • Suavidade/tacto: probas subxectivas + dureza.
     • Flexibilidade a baixa temperatura: ensaio de flexión en frío.
     • Estabilidade térmica: proba do vermello Congo.
     • Aspecto: Cor, brillo, relevo.
     • (Opcional) Densidade do fume: cámara de fume NBS.
4. Resolución de problemas e equilibrio:

5. Proba piloto e produción: despois da optimización no laboratorio, realizar probas piloto para verificar a estabilidade, a consistencia e o custo. Ampliar só despois da validación.

Conclusión

A transición dun coiro de PVC ignífugo a base de antimonio a un coiro de PVC ignífugo libre de halóxenos é viable, pero require un desenvolvemento sistemático. O enfoque central combina hidróxidos metálicos (preferiblemente MDH tratado superficialmente), sinerxistas de fósforo-nitróxeno (APP ou ADP) e supresores de fume multifuncionais (borato de zinc, estanato de zinc). Simultaneamente, a optimización de plastificantes, estabilizadores, lubricantes e axudas de procesamento é fundamental.

Claves para o éxito:

1. Definir obxectivos e restricións claros (resistencia ás chamas, propiedades, custo).
2. Seleccionar retardantes de chama libres de halóxenos de probada eficacia (recheos tratados superficialmente, APP de alta temperatura).
3. Realizar probas de laboratorio rigorosas (ignífugo, propiedades, procesamento).
4. Asegurar unha mestura uniforme e a compatibilidade do proceso.

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