فرمولاسیون ضد حریق بدون هالوژن برای سیستم پوشش TPU با استفاده از حلال DMF
برای سیستمهای پوشش TPU که از دی متیل فرمامید (DMF) به عنوان حلال استفاده میکنند، استفاده از هیپوفسفیت آلومینیوم (AHP) و بورات روی (ZB) به عنوان بازدارنده شعله نیاز به ارزیابی سیستماتیک دارد. در زیر یک طرح تجزیه و تحلیل و اجرای دقیق ارائه شده است:
I. تجزیه و تحلیل امکان سنجی هیپوفسفیت آلومینیوم (AHP)
۱. مکانیسم و مزایای بازدارنده شعله
- مکانیسم:
- در دماهای بالا تجزیه شده و اسیدهای فسفریک و متافسفوریک تولید میکند و تشکیل زغال در TPU (بازدارندگی شعله فاز متراکم) را افزایش میدهد.
- رادیکالهای PO₂ را آزاد میکند تا واکنشهای زنجیرهای احتراق را قطع کند (بازدارندگی شعله در فاز گازی).
- مزایا:
- بدون هالوژن، کم دود، کم سمیت، مطابق با RoHS/REACH.
- پایداری حرارتی خوب (دمای تجزیه ≈300 درجه سانتیگراد)، مناسب برای فرآیندهای خشک کردن TPU (معمولاً کمتر از 150 درجه سانتیگراد).
۲. چالشها و راهحلهای کاربردی
| چالش | راه حل |
| پراکندگی ضعیف در DMF | از AHP اصلاحشده سطحی (مثلاً عامل جفتکننده سیلان KH-550) استفاده کنید. فرآیند پیش از پراکندگی: AHP آسیاب گلولهای با DMF و پراکندهساز (مثلاً BYK-110) تا اندازه ذرات کمتر از 5 میکرومتر. |
| نیاز به بارگذاری بالا (20-30٪) | ترکیب همافزایی با ZB یا ملامین سیانورات (MCA) برای کاهش کل بارگذاری به ۱۵-۲۰٪. |
| کاهش شفافیت پوشش | از AHP نانومقیاس (اندازه ذرات کمتر از ۱ میکرومتر) استفاده کنید یا با مواد ضد حریق شفاف (مثلاً فسفاتهای آلی) مخلوط کنید. |
۳. فرمولاسیون و فرآیند پیشنهادی
- فرمولبندی مثال:
- پایه TPU/DMF: ۱۰۰ phr
- AHP اصلاحشده سطحی: 20 phr
- بورات روی (ZB): 5 phr (هم افزایی در سرکوب دود)
- دیسپرس کننده (BYK-110): 1.5 phr
- نکات کلیدی فرآیند:
- AHP را با پخشکننده و DMF جزئی تحت برش بالا (≥3000 دور در دقیقه، 30 دقیقه) از قبل مخلوط کنید، سپس با دوغاب TPU مخلوط کنید.
- خشک شدن پس از پوشش: ۱۲۰-۱۵۰ درجه سانتیگراد، برای اطمینان از تبخیر کامل DMF، زمان را ۱۰٪ افزایش دهید.
دوم. تجزیه و تحلیل امکان سنجی روی بورات (ZB)
۱. مکانیسم و مزایای بازدارنده شعله
- مکانیسم:
- در دماهای بالا یک لایه شیشهای B₂O₃ تشکیل میدهد که مانع از عبور اکسیژن و گرما میشود (بازدارندگی شعله در فاز متراکم).
- آب متصل (حدود ۱۳٪) را آزاد میکند، گازهای قابل اشتعال را رقیق کرده و سیستم را خنک میکند.
- مزایا:
- اثر سینرژیک قوی با AHP یا آلومینیوم تری هیدروکسید (ATH).
- سرکوب دود عالی، ایدهآل برای کاربردهای کم دود.
۲. چالشها و راهحلهای کاربردی
| چالش | راه حل |
| پایداری پراکندگی ضعیف | از ZB با اندازه نانو (کمتر از ۵۰۰ نانومتر) و عوامل مرطوبکننده (مثلاً TegoDispers 750W) استفاده کنید. |
| راندمان پایین بازدارنده شعله (نیاز به بارگذاری بالا) | به عنوان یک هم افزایی (5-10٪) با بازدارنده های شعله اولیه (به عنوان مثال، AHP یا فسفر آلی) استفاده شود. |
| کاهش انعطافپذیری پوشش | با نرمکنندهها (مثلاً DOP یا پلیالهای پلیاستر) جبران کنید. |
۳. فرمولاسیون و فرآیند پیشنهادی
- فرمولبندی مثال:
- پایه TPU/DMF: ۱۰۰ phr
- ZB نانو: ۸ phr
- AHP: ۱۵ واحد
- عامل مرطوب کننده (Tego 750W): 1 ساعت
- نکات کلیدی فرآیند:
- قبل از مخلوط کردن با دوغاب TPU، ZB را از طریق آسیاب کردن دانهای (اندازه ذرات ≤2μm) در DMF از قبل پراکنده کنید.
- برای جلوگیری از تأثیر رطوبت باقی مانده بر خاصیت ضد حریق، زمان خشک شدن را افزایش دهید (مثلاً 30 دقیقه).
III. ارزیابی همافزایی سیستم AHP + ZB
۱. اثرات همافزایی بازدارنده شعله
- همافزایی فاز گازی و فاز چگال:
- AHP فسفر لازم برای زغالسازی را فراهم میکند، در حالی که ZB لایه زغال را تثبیت کرده و پستاب را سرکوب میکند.
- LOI ترکیبی: 28-30٪، UL94 V-0 (1.6 میلیمتر) قابل دستیابی است.
- سرکوب دود:
- ZB انتشار دود را بیش از 50٪ کاهش میدهد (آزمایش گرماسنج مخروطی).
۲. توصیههای متعادلسازی عملکرد
- جبران خسارت مکانیکی:
- برای حفظ انعطافپذیری (افزایش طول >300%)، 2-3% نرمکننده TPU (مثلاً پلیکاپرولاکتون پلیال) اضافه کنید.
- برای به حداقل رساندن افت استحکام کششی، از پودرهای فوق ریز (AHP/ZB <2μm) استفاده کنید.
- کنترل پایداری فرآیند:
- برای پوشش یکنواخت، ویسکوزیته دوغاب را در محدوده ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ سانتیپواز (بروکفیلد آر وی، اسپیندل ۴، ۲۰ دور در دقیقه) حفظ کنید.
IV. مقایسه با بازدارندههای شعله مایع پایه حلال
| پارامتر | سیستم AHP + ZB | فسفر مایع-نیتروژن FR (به عنوان مثال، لواگارد 4090N) |
| بارگیری | ۲۰-۳۰٪ | ۱۵-۲۵٪ |
| سختی پراکندگی | نیاز به پیش تصفیه (برش زیاد/اصلاح سطح) | انحلال مستقیم، بدون نیاز به پراکندگی |
| هزینه | کم (حدود ۳ تا ۵ دلار در هر کیلوگرم) | زیاد (حدود ۱۰ تا ۱۵ دلار در هر کیلوگرم) |
| تأثیر زیستمحیطی | بدون هالوژن، سمیت کم | ممکن است حاوی هالوژن باشد (وابسته به محصول) |
| شفافیت پوشش | نیمه شفاف تا مات | بسیار شفاف |
V. مراحل اجرایی پیشنهادی
- آزمایش در مقیاس آزمایشگاهی:
- AHP/ZB را به صورت جداگانه و ترکیبی ارزیابی کنید (بارگذاری گرادیان: 10٪، 15٪، 20٪).
- پایداری پراکندگی (عدم رسوب پس از 24 ساعت)، تغییرات ویسکوزیته و یکنواختی پوشش را ارزیابی کنید.
- اعتبارسنجی در مقیاس پایلوت:
- شرایط خشک کردن (زمان/دما) را بهینه کنید و مقاومت در برابر شعله (UL94، LOI) و خواص مکانیکی را آزمایش کنید.
- مقایسه هزینهها: اگر AHP+ZB هزینهها را در مقایسه با FRهای مایع بیش از 30٪ کاهش دهد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است.
- آمادهسازی برای افزایش مقیاس:
- با تأمینکنندگان برای توسعه مستربچهای AHP/ZB از پیش پراکندهشده (مبتنی بر DMF) برای تولید سادهتر همکاری کنید.
ششم. نتیجهگیری
با فرآیندهای پراکندگی کنترلشده، AHP و ZB میتوانند به عنوان بازدارندههای شعله مؤثر برای پوششهای TPU/DMF عمل کنند، مشروط بر اینکه:
- اصلاح سطح + پراکندگی برشی بالابرای جلوگیری از تجمع ذرات استفاده میشود.
- AHP (اولیه) + ZB (همافزایی)بین کارایی و هزینه تعادل برقرار میکند.
- برایشفافیت/انعطافپذیری بالاالزامات، FR های مایع فسفر-نیتروژن (به عنوان مثال، Levagard 4090N) همچنان ترجیح داده میشوند.
شرکت جدید بازدارنده شعله سیچوان تایفنگ (ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
زمان ارسال: ۲۲ مه ۲۰۲۵
