Pagsusuri at Pag-optimize ng Flame-Retardant Formulation para sa PVC Coatings

Pagsusuri at Pag-optimize ng Flame-Retardant Formulation para sa PVC Coatings

Gumagawa ang kliyente ng PVC tents at kailangang maglagay ng flame-retardant coating. Ang kasalukuyang formula ay binubuo ng 60 bahagi ng PVC resin, 40 bahagi ng TOTM, 30 bahagi ng aluminum hypophosphite (na may 40% na nilalamang phosphorus), 10 bahagi ng MCA, 8 bahagi ng zinc borate, kasama ang mga dispersant. Gayunpaman, ang pagganap ng flame-retardant ay hindi maganda, at ang dispersion ng mga flame retardant ay hindi rin sapat. Nasa ibaba ang isang pagsusuri ng mga dahilan at isang iminungkahing pagsasaayos sa formula.

I. Mga Pangunahing Dahilan ng Mahina na Pag-urong ng Apoy

1. Hindi balanseng Flame Retardant System na may Mahinang Synergistic Effects

• Labis na aluminyo hypophosphite (30 bahagi):
  Bagama't ang aluminum hypophosphite ay isang mahusay na phosphorus-based flame retardant (40% phosphorus content), ang labis na pagdaragdag (>25 parts) ay maaaring humantong sa:
• Isang matalim na pagtaas sa lagkit ng system, na nagpapahirap sa pagpapakalat at bumubuo ng mga pinagsama-samang hotspot na nagpapabilis ng pagsunog ("wick effect").
• Nabawasan ang tibay ng materyal at may kapansanan sa pagbuo ng pelikula dahil sa sobrang inorganic na tagapuno.
• Mataas na nilalaman ng MCA (10 bahagi):
  Ang MCA (batay sa nitrogen) ay karaniwang ginagamit bilang isang synergist. Kapag ang dosis ay lumampas sa 5 bahagi, ito ay may posibilidad na lumipat sa ibabaw, nagbabad sa pagiging epektibo ng flame-retardant at posibleng makagambala sa iba pang mga flame retardant.
• Kakulangan ng mga pangunahing synergists:
  Bagama't ang zinc borate ay may mga epekto sa pagsugpo ng usok, ang kawalan ng antimony-based (hal., antimony trioxide) o metal oxide (hal., aluminum hydroxide) compounds ay pumipigil sa pagbuo ng isang "phosphorus-nitrogen-antimony" synergistic system, na nagreresulta sa hindi sapat na gas-phase flame retardancy.

2. Hindi tugma sa Pagitan ng Plasticizer Selection at Flame Retardancy Goals

• Ang TOTM (trioctyl trimellitate) ay may limitadong flame retardancy:
  Napakahusay ng TOTM sa heat resistance ngunit hindi gaanong epektibo sa flame retardancy kumpara sa phosphate esters (hal., TOTP). Para sa mataas na flame-retardancy na mga application tulad ng tent coatings, hindi makakapagbigay ang TOTM ng sapat na charring at oxygen-barrier na kakayahan.
• Hindi sapat na kabuuang plasticizer (40 bahagi lamang):
  Ang PVC resin ay karaniwang nangangailangan ng 60-75 na bahagi ng plasticizer para sa buong plasticization. Ang mababang nilalaman ng plasticizer ay humahantong sa mataas na lagkit ng pagkatunaw, na lalong nagpapalala sa mga isyu sa pagpapakalat ng flame retardant.

3. Hindi Mabisang Dispersion System na Humahantong sa Hindi pantay na Pamamahagi ng Flame Retardant

• Ang kasalukuyang dispersant ay maaaring isang pangkalahatang layunin na uri (hal., stearic acid o PE wax), na hindi epektibo para sa high-load na inorganic flame retardant (aluminum hypophosphite + zinc borate na may kabuuang 48 bahagi), na nagiging sanhi ng:
• Pagsasama-sama ng mga particle ng flame retardant, na lumilikha ng mga localized na weak spot sa coating.
• Hindi magandang daloy ng pagkatunaw sa panahon ng pagproseso, na bumubuo ng shear heat na nag-trigger ng maagang pagkabulok.

4. Mahinang Pagkatugma sa pagitan ng Flame Retardants at PVC

• Ang mga inorganic na materyales tulad ng aluminum hypophosphite at zinc borate ay may makabuluhang pagkakaiba sa polarity sa PVC. Nang walang pagbabago sa ibabaw (hal., silane coupling agents), nangyayari ang phase separation, na binabawasan ang flame-retardant na kahusayan.

II. Pangunahing Diskarte sa Disenyo

1. Palitan ang Pangunahing Plasticizer ng TOTP

• Gamitin ang mahusay nitong intrinsic flame retardancy (phosphorus content ≈9%) at plasticizing effect.

2. I-optimize ang Flame Retardant Ratio at Synergy

• Panatilihin ang aluminum hypophosphite bilang pangunahing pinagmumulan ng phosphorus ngunit makabuluhang bawasan ang dosis nito upang mapabuti ang dispersion at mabawasan ang "wick effect."
• Panatilihin ang zinc borate bilang isang pangunahing synergist (nagsusulong ng charring at pagsugpo sa usok).
• Panatilihin ang MCA bilang isang nitrogen synergist ngunit bawasan ang dosis nito upang maiwasan ang paglipat.
• Ipakilalaultrafine aluminum hydroxide (ATH)bilang isang multifunctional na bahagi:
• Pagpapanatili ng apoy:Endothermic decomposition (dehydration), paglamig, at pagbabanto ng mga nasusunog na gas.
• Pagpigil sa usok:Makabuluhang binabawasan ang pagbuo ng usok.
• tagapuno:Pinapababa ang mga gastos (kumpara sa iba pang mga flame retardant).
• Pinahusay na dispersion at daloy (ultrafine grade):Mas madaling i-disperse kaysa sa conventional ATH, na pinapaliit ang pagtaas ng lagkit.

3. Malakas na Solusyon para sa Mga Isyu sa Pagkalat

• Makabuluhang dagdagan ang nilalaman ng plasticizer:Tiyakin ang buong PVC plasticization at bawasan ang lagkit ng system.
• Gumamit ng mga super-dispersant na may mataas na kahusayan:Partikular na idinisenyo para sa high-load, madaling pinagsama-samang mga inorganic na pulbos (aluminum hypophosphite, ATH).
• I-optimize ang pagpoproseso (pre-mixing ay kritikal):Tiyakin ang masusing basa at pagpapakalat ng mga flame retardant.

4. Tiyakin ang Pangunahing Katatagan ng Pagproseso

• Magdagdag ng sapat na heat stabilizer at naaangkop na mga pampadulas.

III. Binagong Flame-Retardant PVC Formula

IV. Mga Tala sa Formula at Pangunahing Punto

1. Ang TOTP ay ang Core Foundation

• 65–75 bahagisinisiguro:
• Buong plasticization: Ang PVC ay nangangailangan ng sapat na plasticizer para sa malambot, tuluy-tuloy na pagbuo ng pelikula.
• Pagbabawas ng lagkit: Kritikal para sa pagpapabuti ng pagpapakalat ng mga high-load na inorganic na flame retardant.
• Intrinsic flame retardancy: Ang TOTP mismo ay isang napaka-epektibong flame-retardant plasticizer.

2. Flame Retardant Synergy

• PNB-Al synergy:Ang aluminyo hypophosphite (P) + MCA (N) ay nagbibigay ng base PN synergy. Ang zinc borate (B, Zn) ay nagpapahusay ng charring at pagsugpo ng usok. Nag-aalok ang Ultrafine ATH (Al) ng napakalaking endothermic cooling at pagsugpo ng usok. Ang TOTP ay nag-aambag din ng posporus. Lumilikha ito ng multi-element na synergistic system.
• Ang tungkulin ng ATH:Ang 25–35 na bahagi ng ultrafine ATH ay isang pangunahing kontribyutor sa flame retardance at pagsugpo ng usok. Ang endothermic decomposition nito ay sumisipsip ng init, habang ang inilabas na singaw ng tubig ay nagpapalabnaw ng oxygen at mga nasusunog na gas.Ang ultrafine at surface-treated na ATH ay kritikalupang mabawasan ang epekto ng lagkit at pagbutihin ang pagiging tugma ng PVC.
• Nabawasan ang aluminyo hypophosphite:Ibinaba mula 30 hanggang 15–20 bahagi para mabawasan ang bigat ng sistema habang pinapanatili ang kontribusyon ng phosphorus.
• Pinababang MCA:Ibinaba mula 10 hanggang 4–6 na bahagi upang maiwasan ang paglipat.

3. Dispersion Solution – Kritikal para sa Tagumpay

• Super-dispersant (3–4 na bahagi):Mahalaga para sa paghawak ng mataas na load (50–70 bahagi ang kabuuang mga inorganic na filler!), mahirap i-disperse na sistema (aluminum hypophosphite + ultrafine ATH + zinc borate).Ang mga ordinaryong dispersant (hal., calcium stearate, PE wax) ay hindi sapat!Mamuhunan sa mga super-dispersant na may mataas na kahusayan at gumamit ng sapat na halaga.
• Nilalaman ng plasticizer (65–75 bahagi):Tulad ng nasa itaas, binabawasan ang pangkalahatang lagkit, na lumilikha ng mas magandang kapaligiran para sa pagpapakalat.
• Mga pampadulas (1–2 bahagi):Ang kumbinasyon ng mga panloob/panlabas na pampadulas ay nagsisiguro ng mahusay na daloy sa panahon ng paghahalo at patong, na pumipigil sa pagdikit.

4. Pagproseso – Mahigpit na Pre-Mixing Protocol

• Hakbang 1 (Dry-mix inorganic powder):
• Magdagdag ng aluminum hypophosphite, ultrafine ATH, zinc borate, MCA, at lahat ng super-dispersant sa isang high-speed mixer.
• Paghaluin sa 80–90°C sa loob ng 8–10 minuto. Layunin: Tiyaking ganap na nababalutan ng super-dispersant ang bawat particle, na nasisira ang mga agglomerates.Ang oras at temperatura ay kritikal!
• Hakbang 2 (Pagbuo ng slurry):
• Idagdag ang karamihan sa TOTP (hal., 70–80%), lahat ng heat stabilizer, at panloob na lubricant sa pinaghalong mula sa Hakbang 1.
• Paghaluin sa 90–100°C sa loob ng 5–7 minuto upang makabuo ng pare-pareho, madaloy na flame-retardant slurry. Tiyakin na ang mga pulbos ay ganap na nabasa ng mga plasticizer.
• Hakbang 3 (Magdagdag ng PVC at mga natitirang bahagi):
• Magdagdag ng PVC resin, natitirang TOTP, mga panlabas na pampadulas (at mga antioxidant/UV stabilizer, kung idinagdag sa yugtong ito).
• Haluin sa 100–110°C sa loob ng 7–10 minuto hanggang sa maabot ang “dry point” (free-flowing, walang kumpol).Iwasan ang labis na paghahalo upang maiwasan ang pagkasira ng PVC.
• Paglamig:I-discharge at palamigin ang mixture sa <50°C para maiwasan ang pagkumpol.

5. Kasunod na Pagproseso

• Gamitin ang cooled dry blend para sa calendering o coating.
• Mahigpit na kontrolin ang temperatura ng pagpoproseso (inirerekomendang temperatura ng pagkatunaw ≤170–175°C) upang maiwasan ang pagkabigo ng stabilizer o maagang pagkabulok ng mga flame retardant (hal., ATH).

V. Mga Inaasahang Resulta at Pag-iingat

• Pagpapanatili ng apoy:Kung ikukumpara sa orihinal na formula (TOTM + high aluminum hypophosphite/MCA), ang binagong formula na ito (TOTP + optimized P/N/B/Al ratios) ay dapat na makabuluhang mapabuti ang flame retardancy, lalo na sa vertical burn performance at smoke suppression. Target na mga pamantayan tulad ng CPAI-84 para sa mga tolda. Mga pangunahing pagsubok: ASTM D6413 (vertical burn).
• Dispersion:Ang super-dispersant + high plasticizer + optimized pre-mixing ay dapat na lubos na mapabuti ang dispersion, binabawasan ang agglomeration at pagpapabuti ng pagkakapareho ng coating.
• Kakayahang maproseso:Dapat tiyakin ng sapat na TOTP at mga pampadulas ang maayos na pagproseso, ngunit subaybayan ang lagkit at pagdikit sa panahon ng aktwal na produksyon.
• Gastos:Ang TOTP at mga super-dispersant ay mahal, ngunit ang pinababang aluminyo hypophosphite at MCA ay na-offset ang ilang mga gastos. Ang ATH ay medyo mura.

Mga Kritikal na Paalala:

• Mga maliliit na pagsubok muna!Subukan sa lab at mag-adjust batay sa aktwal na mga materyales (lalo na sa pagganap ng ATH at super-dispersant) at kagamitan.
• Pagpili ng materyal:
• ATH:Dapat gumamit ng ultrafine (D50 ≤2µm), surface-treated (eg, silane) grades. Kumonsulta sa mga supplier para sa mga rekomendasyong tugma sa PVC.
• Mga super-dispersant:Dapat gumamit ng mga uri ng high-efficiency. Ipaalam sa mga supplier ang tungkol sa aplikasyon (PVC, high-load inorganic fillers, halogen-free flame retardancy).
• TOTP:Tiyaking mataas ang kalidad.
• Pagsubok:Magsagawa ng mahigpit na mga pagsubok sa pagpapahina ng apoy sa bawat target na pamantayan. Suriin din ang aging/water resistance (kritikal para sa mga panlabas na tolda!). Mahalaga ang mga UV stabilizer at antioxidant.

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