تبدیل فرمولاسیون برای چرم PVC مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن

تبدیل فرمولاسیون برای چرم PVC مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن

مقدمه

مشتری چرم PVC مقاوم در برابر شعله تولید می‌کند و قبلاً از تری‌اکسید آنتیموان (Sb₂O₃) استفاده می‌کرد. آنها اکنون قصد دارند Sb₂O₃ را حذف کرده و به بازدارنده‌های شعله بدون هالوژن روی آورند. فرمولاسیون فعلی شامل PVC، DOP، EPOXY، BZ-500، ST، HICOAT-410 و آنتیموان است. گذار از فرمولاسیون چرم PVC مبتنی بر آنتیموان به یک سیستم بازدارنده شعله بدون هالوژن، نشان‌دهنده یک ارتقاء قابل توجه فناوری است. این تغییر نه تنها با مقررات زیست‌محیطی فزاینده (مانند RoHS، REACH) مطابقت دارد، بلکه تصویر "سبز" محصول و رقابت‌پذیری بازار را نیز افزایش می‌دهد.

چالش‌های کلیدی

1. از دست دادن اثر سینرژیک:
   • Sb₂O₃ به خودی خود یک بازدارنده شعله قوی نیست، اما اثرات بازدارنده شعله هم‌افزایی عالی با کلر در PVC نشان می‌دهد و به طور قابل توجهی راندمان را بهبود می‌بخشد. حذف آنتیموان نیاز به یافتن یک سیستم جایگزین بدون هالوژن دارد که این هم‌افزایی را تکرار کند.
2. راندمان بازدارندگی شعله:
   • بازدارنده‌های شعله بدون هالوژن اغلب برای دستیابی به رتبه‌بندی‌های معادل بازدارنده شعله (مثلاً UL94 V-0) به بارگذاری‌های بالاتری نیاز دارند که ممکن است بر خواص مکانیکی (نرمی، استحکام کششی، ازدیاد طول)، عملکرد پردازش و هزینه تأثیر بگذارد.
3. ویژگی‌های چرم پی‌وی‌سی:
   • چرم PVC به نرمی، حس زیر دست، پرداخت سطحی (براقیت، برجستگی)، مقاومت در برابر آب و هوا، مقاومت در برابر مهاجرت و انعطاف‌پذیری در دمای پایین نیاز دارد. فرمولاسیون جدید باید این خواص را حفظ کند یا تا حد زیادی با آنها مطابقت داشته باشد.
4. عملکرد پردازش:
   • بارگذاری زیاد پرکننده‌های بدون هالوژن (مثلاً ATH) ممکن است بر جریان مذاب و پایداری فرآیند تأثیر بگذارد.
5. ملاحظات هزینه:
   • برخی از بازدارنده‌های شعله بدون هالوژن با راندمان بالا گران هستند و نیاز به تعادل بین عملکرد و هزینه دارند.

استراتژی انتخاب برای سیستم‌های ضد حریق بدون هالوژن (برای چرم مصنوعی PVC)

۱. بازدارنده‌های شعله اولیه - هیدروکسیدهای فلزی

• تری هیدروکسید آلومینیوم (ATH):
  • رایج‌ترین، مقرون‌به‌صرفه‌ترین.
  • مکانیسم: تجزیه گرماگیر (حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد)، آزاد شدن بخار آب برای رقیق کردن گازهای قابل اشتعال و اکسیژن در حین تشکیل یک لایه سطحی محافظ.
  • معایب: راندمان پایین، نیاز به بارگذاری بالا (40-70 phr)، کاهش قابل توجه نرمی، افزایش طول و فرآیندپذیری؛ دمای تجزیه پایین.
• هیدروکسید منیزیم (MDH):
  • دمای تجزیه بالاتر (حدود ۳۴۰ درجه سانتیگراد)، مناسب‌تر برای پردازش PVC (۱۶۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد).
  • معایب: به میزان بارگذاری مشابه و بالایی (40 تا 70 phr) نیاز دارد؛ هزینه کمی بالاتر از ATH؛ ممکن است جذب رطوبت بالاتری داشته باشد.

استراتژی:

• برای ایجاد تعادل بین هزینه، سازگاری با دمای فرآوری و خاصیت ضد شعله، MDH یا ترکیبی از ATH/MDH (مثلاً 70/30) را ترجیح دهید.
• ATH/MDH عملیات سطحی شده (مثلاً کوپل شده با سیلان) سازگاری با PVC را بهبود می‌بخشد، تخریب خواص را کاهش می‌دهد و خاصیت ضد شعله بودن را افزایش می‌دهد.

۲. سینرژیست‌های بازدارنده شعله

برای کاهش بارگذاری اولیه بازدارنده شعله و بهبود راندمان، استفاده از سینرژیست‌ها ضروری است:

• بازدارنده‌های شعله فسفر-نیتروژن: ایده‌آل برای سیستم‌های PVC بدون هالوژن.
  • پلی فسفات آمونیوم (APP): باعث زغالی شدن می‌شود و یک لایه عایق متورم تشکیل می‌دهد.
    • توجه: برای جلوگیری از تجزیه در حین پردازش، از گریدهای مقاوم در برابر دمای بالا (مثلاً فاز II، >280°C) استفاده کنید. برخی از APPها ممکن است بر شفافیت و مقاومت در برابر آب تأثیر بگذارند.
  • دی اتیل فسفینات آلومینیوم (ADP): بسیار کارآمد، بارگذاری کم (5-20 phr)، حداقل تأثیر بر خواص، پایداری حرارتی خوب.
    • عیب: هزینه بالاتر.
  • استرهای فسفات (به عنوان مثال، RDP، BDP، TCPP): به عنوان نرم‌کننده و ضد حریق عمل می‌کنند.
    • مزایا: دوکاره (پلاستیسایزر + بازدارنده شعله).
    • معایب: مولکول‌های کوچک (مثل TCPP) ممکن است مهاجرت کنند/تحریک شوند؛ RDP/BDP راندمان نرم‌کنندگی کمتری نسبت به DOP دارند و ممکن است انعطاف‌پذیری در دمای پایین را کاهش دهند.
• بورات روی (ZB):
  • کم‌هزینه، چندمنظوره (ضد شعله، ضد دود، افزایش‌دهنده زغال، ضد چکه). به خوبی با سیستم‌های ATH/MDH و فسفر-نیتروژن هم‌افزایی می‌کند. میزان مصرف معمول: ۳ تا ۱۰ phr.
• استانات روی/هیدروکسی استانات:
  • مهارکننده‌های دود عالی و بازدارنده‌های شعله هم‌افزایی عالی، به ویژه برای پلیمرهای حاوی کلر (به عنوان مثال، PVC). می‌تواند تا حدی جایگزین نقش هم‌افزایی آنتیموان شود. میزان مصرف معمول: ۲ تا ۸ phr.
• ترکیبات مولیبدن (به عنوان مثال، MoO₃، آمونیوم مولیبدات):
  • مهارکننده‌های قوی دود با اثر هم‌افزایی بازدارنده شعله. میزان مصرف معمول: ۲ تا ۵ واحد در هر وعده.
• پرکننده‌های نانو (مثلاً نانورس):
  • مقادیر کم (۳ تا ۸ phr) باعث بهبود بازدارندگی شعله (تشکیل زغال، کاهش سرعت آزادسازی گرما) و خواص مکانیکی می‌شود. پراکندگی بسیار مهم است.

۳. مهارکننده‌های دود

پی‌وی‌سی در هنگام احتراق دود غلیظی تولید می‌کند. فرمولاسیون‌های بدون هالوژن اغلب نیاز به خاموش کردن دود دارند. بورات روی، استانات روی و ترکیبات مولیبدن گزینه‌های بسیار خوبی هستند.

فرمولاسیون پیشنهادی ضد حریق بدون هالوژن (بر اساس فرمولاسیون اولیه مشتری)

هدف: دستیابی به استاندارد UL94 V-0 (1.6 میلی‌متر یا ضخیم‌تر) ضمن حفظ نرمی، فرآیندپذیری و خواص کلیدی.

فرضیات:

• فرمولاسیون اصلی:
  • DOP: 50-70 phr (پلاستیسایزر).
  • ST: احتمالاً اسید استئاریک (روان‌کننده).
  • HICOAT-410: پایدارکننده کلسیم/روی.
  • BZ-500: احتمالاً یک روان‌کننده/کمک‌فرآیند (برای تأیید).
  • اپوکسی: روغن سویای اپوکسی شده (کمک تثبیت کننده/نرم کننده).
  • آنتیموان: Sb₂O₃ (باید حذف شود).

۱. چارچوب فرمولاسیون پیشنهادی (به ازای هر ۱۰۰ phr رزین PVC)

۲. فرمول‌بندی مثال (نیاز به بهینه‌سازی دارد)

مراحل اجرایی حیاتی

1. جزئیات مواد اولیه را تأیید کنید:
   • هویت شیمیایی را روشن کنیدبی زد-۵۰۰وST(به برگه‌های اطلاعات تأمین‌کننده مراجعه کنید).
   • بارهای دقیق را تأیید کنیددی او پی،اپوکسی، وهیکوت-۴۱۰.
   • نیازهای مشتری را تعریف کنید: هدف قرار دادن خاصیت ضد حریق (مثلاً ضخامت UL94)، نرمی (سختی)، کاربرد (خودرو، مبلمان، کیف؟)، نیازهای ویژه (مقاومت در برابر سرما، پایداری در برابر اشعه ماوراء بنفش، مقاومت در برابر سایش؟)، محدودیت‌های هزینه.
2. گریدهای خاص بازدارنده شعله را انتخاب کنید:
   • نمونه‌های مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن متناسب با چرم PVC را از تأمین‌کنندگان درخواست کنید.
   • برای پراکندگی بهتر، ATH/MDH آماده‌سازی شده با سطح را در اولویت قرار دهید.
   • برای APP، از گریدهای مقاوم در برابر دمای بالا استفاده کنید.
   • برای استرهای فسفات، RDP/BDP را به TCPP ترجیح دهید تا مهاجرت کمتری داشته باشد.
3. آزمایش و بهینه‌سازی در مقیاس آزمایشگاهی:
   • دسته‌های کوچک با بارگذاری‌های مختلف آماده کنید (مثلاً نسبت‌های MDH/APP/ZB/ZS را تنظیم کنید).
   • مخلوط کردن: برای پراکندگی یکنواخت از میکسرهای پرسرعت (مثلاً Henschel) استفاده کنید. ابتدا مایعات (پلاستیسایزرها، تثبیت کننده‌ها) و سپس پودرها را اضافه کنید.
   • آزمایش‌های فرآوری: آزمایش روی تجهیزات تولید (مثلاً میکسر بنبری + کلندرینگ). نظارت بر زمان پلاستیفیکاسیون، ویسکوزیته مذاب، گشتاور و کیفیت سطح.
   • تست عملکرد:
     • مقاومت در برابر شعله: UL94، LOI
     • خواص مکانیکی: سختی (Shore A)، استحکام کششی، ازدیاد طول.
     • نرمی/حس دست: آزمایش‌های ذهنی + سختی.
     • انعطاف‌پذیری در دمای پایین: آزمون خمش در سرما
     • پایداری حرارتی: آزمایش قرمز کنگو.
     • ظاهر: رنگ، براقیت، برجسته‌کاری.
     • (اختیاری) تراکم دود: محفظه دود NBS.
4. عیب‌یابی و متعادل‌سازی:

5. پایلوت و تولید: پس از بهینه‌سازی آزمایشگاهی، آزمایش‌های پایلوت را برای تأیید پایداری، ثبات و هزینه انجام دهید. تنها پس از اعتبارسنجی، مقیاس را افزایش دهید.

نتیجه‌گیری

گذار از چرم PVC ضد شعله مبتنی بر آنتیموان به چرم PVC بدون هالوژن امکان‌پذیر است، اما نیاز به توسعه سیستماتیک دارد. رویکرد اصلی، هیدروکسیدهای فلزی (ترجیحاً MDH با سطح آماده‌سازی شده)، هم‌افزایی‌های فسفر-نیتروژن (APP یا ADP) و سرکوب‌کننده‌های دود چند منظوره (بورات روی، استانات روی) را ترکیب می‌کند. همزمان، بهینه‌سازی نرم‌کننده‌ها، تثبیت‌کننده‌ها، روان‌کننده‌ها و کمک‌فرآیندها بسیار مهم است.

کلیدهای موفقیت:

1. اهداف و محدودیت‌های واضحی را تعریف کنید (بازدارندگی شعله، خواص، هزینه).
2. مواد ضد حریق بدون هالوژن اثبات شده (پرکننده‌های سطحی، APP با دمای بالا) را انتخاب کنید.
3. انجام آزمایش‌های آزمایشگاهی دقیق (مقاومت در برابر شعله، خواص، فرآوری).
4. از اختلاط یکنواخت و سازگاری فرآیند اطمینان حاصل کنید.

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