Formulación ignífuga libre de halóxenos para sistemas de revestimento de TPU con disolvente DMF

Formulación ignífuga libre de halóxenos para sistemas de revestimento de TPU con disolvente DMF

Para os sistemas de revestimento de TPU que empregan dimetilformamida (DMF) como disolvente, o uso de hipofosfito de aluminio (AHP) e borato de zinc (ZB) como retardantes de chama require unha avaliación sistemática. A continuación, móstrase unha análise detallada e un plan de implementación:

I. Análise de viabilidade do hipofosfito de aluminio (AHP)

1. Mecanismo ignífugo e vantaxes

• Mecanismo:
• Descomponse a altas temperaturas para xerar ácidos fosfóricos e metafosfóricos, o que promove a formación de carbón no TPU (retardante de chama en fase condensada).
• Libera radicais PO· para interromper as reaccións en cadea de combustión (retardante de chama en fase gasosa).
• Vantaxes:
• Libre de halóxenos, baixa emisión de fumes, baixa toxicidade, cumpre coa normativa RoHS/REACH.
• Boa estabilidade térmica (temperatura de descomposición ≈300 °C), axeitada para procesos de secado de TPU (normalmente <150 °C).

2. Desafíos e solucións da aplicación

3. Formulación e proceso recomendados

• Formulación de exemplo:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• AHP modificado na superficie: 20 phr
• Borato de zinc (ZB): 5 phr (sinerxia de supresión de fume)
• Dispersante (BYK-110): 1,5 phr
• Puntos clave do proceso:
• Premesturar AHP con dispersante e DMF parcial a alta velocidade (≥3000 rpm, 30 min) e despois mesturar coa suspensión de TPU.
• Secado posterior ao revestimento: 120-150 °C, ampliar o tempo nun 10 % para garantir a evaporación completa da DMF.

II. Análise de viabilidade do borato de cinc (ZB)

1. Mecanismo ignífugo e vantaxes

• Mecanismo:
• Forma unha capa de vidro de B₂O₃ a altas temperaturas, bloqueando o osíxeno e a calor (ignífugo en fase condensada).
• Libera auga ligada (~13%), diluíndo gases inflamables e arrefriando o sistema.
• Vantaxes:
• Forte efecto sinérxico con AHP ou trihidróxido de aluminio (ATH).
• Excelente supresión de fume, ideal para aplicacións con pouca emisión de fume.

2. Desafíos e solucións da aplicación

3. Formulación e proceso recomendados

• Formulación de exemplo:
• Base de TPU/DMF: 100 phr
• ZB de tamaño nanométrico: 8 phr
• AHP: 15 frases
• Agente humectante (Tego 750W): 1 phr
• Puntos clave do proceso:
• Predispersar ZB en DMF mediante moenda de esferas (tamaño de partícula ≤2 μm) antes de mesturar coa suspensión de TPU.
• Prolongar o tempo de secado (por exemplo, 30 minutos) para evitar que a humidade residual afecte á ignifugación.

III. Avaliación sinérxica do sistema AHP + ZB

1. Efectos ignífugos sinérxicos

• Sinerxia en fase gasosa e fase condensada:
• O AHP proporciona fósforo para a carbonización, mentres que o ZB estabiliza a capa de carbonización e suprime a postincandescencia.
• LOI combinado: 28-30 %, UL94 V-0 (1,6 mm) alcanzable.
• Supresión do fume:
• O ZB reduce a emisión de fume en >50 % (proba do calorímetro de cono).

2. Recomendacións para o equilibrio do rendemento

• Compensación da propiedade mecánica:
• Engadir un 2-3 % de plastificante de TPU (por exemplo, policaprolactona poliol) para manter a flexibilidade (alongamento >300 %).
• Usar pós ultrafinos (AHP/ZB <2 μm) para minimizar a perda de resistencia á tracción.
• Control da estabilidade do proceso:
• Manteña a viscosidade da suspensión a 2000-4000 cP (Brookfield RV, eixo 4, 20 rpm) para un revestimento uniforme.

IV. Comparación con retardantes de chama líquidos a base de solventes

V. Pasos de implementación recomendados

1. Probas a escala de laboratorio:

• Avaliar AHP/ZB individualmente e en combinación (carga de gradiente: 10 %, 15 %, 20 %).
• Avaliar a estabilidade da dispersión (sen sedimentación despois de 24 h), os cambios de viscosidade e a uniformidade do revestimento.

1. Validación a escala piloto:

• Optimizar as condicións de secado (tempo/temperatura) e probar a resistencia á chama (UL94, LOI) e as propiedades mecánicas.
• Comparar custos: Se AHP+ZB reduce os custos en >30 % en comparación cos FR líquidos, é economicamente viable.

1. Preparación para a ampliación de escala:

• Colaborar cos provedores para desenvolver masterbatches de AHP/ZB predispersos (baseados en DMF) para unha produción simplificada.

VI. Conclusión

Con procesos de dispersión controlada, AHP e ZB poden servir como retardantes de chama eficaces para revestimentos de TPU/DMF, sempre que:

1. Modificación da superficie + dispersión de alto cizallamentoaplícase para evitar a aglomeración de partículas.
2. AHP (primario) + ZB (sinérxico)equilibra a eficiencia e o custo.
3. Paraalta transparencia/flexibilidaderequisitos, os FR líquidos de fósforo-nitróxeno (por exemplo, Levagard 4090N) seguen sendo preferibles.

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

Email: lucy@taifeng-fr.com