Halogen-Free Flame Retardant Formulation para sa TPU Coating System Gamit ang DMF Solvent

Halogen-Free Flame Retardant Formulation para sa TPU Coating System Gamit ang DMF Solvent

Para sa mga TPU coating system na gumagamit ng Dimethyl Formamide (DMF) bilang solvent, ang paggamit ng aluminum hypophosphite (AHP) at zinc borate (ZB) bilang flame retardant ay nangangailangan ng sistematikong pagsusuri. Nasa ibaba ang isang detalyadong pagsusuri at plano sa pagpapatupad:

I. Pagsusuri ng Feasibility ng Aluminum Hypophosphite (AHP)

1. Flame Retardant Mechanism and Advantages

• Mekanismo:
• Nabubulok sa mataas na temperatura upang makabuo ng mga phosphoric at metaphosphoric acid, na nagpo-promote ng pagbuo ng char sa TPU (condensed-phase flame retardancy).
• Naglalabas ng mga PO· radical para matakpan ang mga combustion chain reaction (gas-phase flame retardancy).
• Mga kalamangan:
• Halogen-free, mababang usok, mababang toxicity, sumusunod sa RoHS/REACH.
• Magandang thermal stability (decomposition temperature ≈300°C), na angkop para sa TPU drying process (karaniwang <150°C).

2. Mga Hamon at Solusyon sa Application

3. Inirerekomendang Pagbubuo at Proseso

• Halimbawang Pagbubuo:
• TPU/DMF base: 100 phr
• Surface-modified AHP: 20 phr
• Zinc borate (ZB): 5 phr (smoke suppression synergy)
• Dispersant (BYK-110): 1.5 phr
• Mga Pangunahing Punto ng Proseso:
• I-pre-mix ang AHP sa dispersant at partial DMF sa ilalim ng high shear (≥3000 rpm, 30 min), pagkatapos ay ihalo sa TPU slurry.
• Post-coating drying: 120-150°C, pahabain ang oras ng 10% para matiyak ang kumpletong pagsingaw ng DMF.

II. Pagsusuri ng Feasibility ng Zinc Borate (ZB)

1. Flame Retardant Mechanism and Advantages

• Mekanismo:
• Bumubuo ng B₂O₃ glass layer sa mataas na temperatura, na humaharang sa oxygen at init (condensed-phase flame retardancy).
• Naglalabas ng nakagapos na tubig (~13%), nagpapalabnaw ng mga nasusunog na gas at nagpapalamig sa system.
• Mga kalamangan:
• Malakas na synergistic na epekto sa AHP o aluminum trihydroxide (ATH).
• Napakahusay na pagsugpo ng usok, perpekto para sa mga application na mababa ang usok.

2. Mga Hamon at Solusyon sa Application

3. Inirerekomendang Pagbubuo at Proseso

• Halimbawang Pagbubuo:
• TPU/DMF base: 100 phr
• Nano-sized na ZB: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Wetting agent (Tego 750W): 1 phr
• Mga Pangunahing Punto ng Proseso:
• I-pre-disperse ang ZB sa DMF sa pamamagitan ng bead milling (laki ng particle ≤2μm) bago ihalo sa TPU slurry.
• Pahabain ang oras ng pagpapatuyo (hal., 30 min) upang maiwasan ang natitirang kahalumigmigan na makakaapekto sa pagkaantala ng apoy.

III. Synergistic Evaluation ng AHP + ZB System

1. Synergistic Flame Retardant Effects

• Gas-Phase at Condensed-Phase Synergy:
• Nagbibigay ang AHP ng phosphorus para sa charring, habang pinapatatag ng ZB ang layer ng char at pinipigilan ang afterglow.
• Pinagsamang LOI: 28-30%, UL94 V-0 (1.6mm) na makakamit.
• Pagpigil sa Usok:
• Binabawasan ng ZB ang paglabas ng usok ng >50% (Cone Calorimeter test).

2. Mga Rekomendasyon sa Pagbalanse ng Pagganap

• Kabayaran sa Mechanical Property:
• Magdagdag ng 2-3% TPU plasticizer (hal., polycaprolactone polyol) upang mapanatili ang flexibility (pagpapahaba >300%).
• Gumamit ng mga ultrafine powder (AHP/ZB <2μm) para mabawasan ang pagkawala ng lakas ng tensile.
• Kontrol sa Katatagan ng Proseso:
• Panatilihin ang slurry lagkit sa 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindle 4, 20 rpm) para sa pare-parehong coating.

IV. Paghahambing sa Mga Solvent-Based Liquid Flame Retardants

V. Mga Inirerekomendang Hakbang sa Pagpapatupad

1. Pagsusuri sa Lab-Scale:

• Suriin ang AHP/ZB nang paisa-isa at sa kumbinasyon (gradient loading: 10%, 15%, 20%).
• Tayahin ang katatagan ng dispersion (walang sedimentation pagkatapos ng 24h), pagbabago sa lagkit, at pagkakapareho ng coating.

1. Pagpapatunay ng Pilot-Scale:

• I-optimize ang mga kondisyon ng pagpapatuyo (oras/temperatura) at subukan ang flame retardancy (UL94, LOI) at mga mekanikal na katangian.
• Paghambingin ang mga gastos: Kung binabawasan ng AHP+ZB ang mga gastos ng >30% kumpara sa mga likidong FR, ito ay mabubuhay sa ekonomiya.

1. Paghahanda ng Scale-Up:

• Makipagtulungan sa mga supplier para bumuo ng pre-dispersed AHP/ZB masterbatches (DMF-based) para sa pinasimpleng produksyon.

VI. Konklusyon

Sa mga kinokontrol na proseso ng pagpapakalat, ang AHP at ZB ay maaaring magsilbi bilang epektibong flame retardant para sa TPU/DMF coatings, sa kondisyong:

1. Pagbabago sa ibabaw + high-shear dispersionay inilapat upang maiwasan ang pagtitipon ng butil.
2. AHP (pangunahin) + ZB (synergist)binabalanse ang kahusayan at gastos.
3. Para samataas na transparency/flexibilitykinakailangan, ang mga likidong phosphorus-nitrogen FR (hal., Levagard 4090N) ay nananatiling mas kanais-nais.

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

Email: lucy@taifeng-fr.com