Ανάλυση και Βελτιστοποίηση Συνθέσεων Επιβραδυντικού Φλόγας για Επιστρώσεις PVC

Ανάλυση και Βελτιστοποίηση Συνθέσεων Επιβραδυντικού Φλόγας για Επιστρώσεις PVC

Ο πελάτης κατασκευάζει σκηνές από PVC και χρειάζεται να εφαρμόσει μια επιβραδυντική φλόγας επίστρωση. Η τρέχουσα σύνθεση αποτελείται από 60 μέρη ρητίνης PVC, 40 μέρη TOTM, 30 μέρη υποφωσφορώδους αργιλίου (με περιεκτικότητα σε φώσφορο 40%), 10 μέρη MCA, 8 μέρη βορικού ψευδαργύρου, μαζί με διασκορπιστικά. Ωστόσο, η απόδοση επιβράδυνσης φλόγας είναι κακή και η διασπορά των επιβραδυντικών φλόγας είναι επίσης ανεπαρκής. Παρακάτω παρουσιάζεται μια ανάλυση των λόγων και μια προτεινόμενη προσαρμογή του τύπου.

I. Βασικοί λόγοι για κακή επιβράδυνση φλόγας

1. Ανισορροπημένο σύστημα επιβράδυνσης φλόγας με ασθενή συνεργιστικά αποτελέσματα

• Υπερβολική ποσότητα υποφωσφορώδους αργιλίου (30 μέρη):
  Αν και το υποφωσφορώδες αργίλιο είναι ένα αποτελεσματικό επιβραδυντικό φλόγας με βάση τον φώσφορο (περιεκτικότητα σε φώσφορο 40%), η υπερβολική προσθήκη (>25 μέρη) μπορεί να οδηγήσει σε:
• Μια απότομη αύξηση στο ιξώδες του συστήματος, που δυσχεραίνει τη διασπορά και σχηματίζει συσσωματωμένα θερμά σημεία που επιταχύνουν την καύση («φαινόμενο φυτιλιού»).
• Μειωμένη ανθεκτικότητα υλικού και μειωμένες ιδιότητες σχηματισμού φιλμ λόγω υπερβολικής ποσότητας ανόργανου πληρωτικού υλικού.
• Υψηλή περιεκτικότητα σε MCA (10 μέρη):
  Το MCA (με βάση το άζωτο) χρησιμοποιείται συνήθως ως συνεργιστικό. Όταν η δόση υπερβαίνει τα 5 μέρη, τείνει να μεταναστεύει στην επιφάνεια, μειώνοντας την απόδοση των επιβραδυντικών φλόγας και ενδεχομένως παρεμβαίνοντας σε άλλα επιβραδυντικά φλόγας.
• Έλλειψη βασικών συνεργιστών:
  Ενώ το βορικό ψευδάργυρο έχει ιδιότητες καταστολής του καπνού, η απουσία ενώσεων με βάση το αντιμόνιο (π.χ. τριοξείδιο του αντιμονίου) ή το μεταλλικό οξείδιο (π.χ. υδροξείδιο του αργιλίου) εμποδίζει τον σχηματισμό ενός συνεργιστικού συστήματος «φωσφόρου-αζώτου-αντιμονίου», με αποτέλεσμα την ανεπαρκή επιβράδυνση φλόγας στην αέρια φάση.

2. Αναντιστοιχία μεταξύ επιλογής πλαστικοποιητή και στόχων επιβράδυνσης φλόγας

• Το TOTM (τριμελλιτικό τριοκτύλιο) έχει περιορισμένη επιβράδυνση φλόγας:
  Το TOTM υπερέχει στην αντοχή στη θερμότητα, αλλά είναι πολύ λιγότερο αποτελεσματικό στην επιβράδυνση φλόγας σε σύγκριση με τους φωσφορικούς εστέρες (π.χ., TOTP). Για εφαρμογές υψηλής επιβράδυνσης φλόγας, όπως οι επιστρώσεις σκηνών, το TOTM δεν μπορεί να παρέχει επαρκείς δυνατότητες απανθράκωσης και φραγμού οξυγόνου.
• Ανεπαρκής συνολικός πλαστικοποιητής (μόνο 40 μέρη):
  Η ρητίνη PVC συνήθως απαιτεί 60-75 μέρη πλαστικοποιητή για πλήρη πλαστικοποίηση. Η χαμηλή περιεκτικότητα σε πλαστικοποιητή οδηγεί σε υψηλό ιξώδες τήγματος, επιδεινώνοντας περαιτέρω τα προβλήματα διασποράς επιβραδυντικού φλόγας.

3. Αναποτελεσματικό σύστημα διασποράς που οδηγεί σε ανομοιόμορφη κατανομή επιβραδυντικού φλόγας

• Το τρέχον διασκορπιστικό μπορεί να είναι γενικής χρήσης (π.χ. στεατικό οξύ ή κερί PE), το οποίο είναι αναποτελεσματικό για ανόργανα επιβραδυντικά φλόγας υψηλού φορτίου (υποφωσφορώδες αργίλιο + βορικό ψευδάργυρο συνολικά 48 μέρη), προκαλώντας:
• Συσσώρευση σωματιδίων επιβραδυντικού φλόγας, δημιουργώντας τοπικά αδύναμα σημεία στην επικάλυψη.
• Κακή ροή τήγματος κατά την επεξεργασία, που παράγει θερμότητα διάτμησης που προκαλεί πρόωρη αποσύνθεση.

4. Κακή συμβατότητα μεταξύ επιβραδυντικών φλόγας και PVC

• Τα ανόργανα υλικά όπως το υποφωσφορώδες αργίλιο και το βορικό ψευδάργυρο έχουν σημαντικές διαφορές πολικότητας με το PVC. Χωρίς τροποποίηση της επιφάνειας (π.χ., παράγοντες σύζευξης σιλανίου), συμβαίνει διαχωρισμός φάσεων, μειώνοντας την απόδοση επιβράδυνσης φλόγας.

II. Βασική Προσέγγιση Σχεδιασμού

1. Αντικαταστήστε τον κύριο πλαστικοποιητή με TOTP

• Αξιοποιήστε την εξαιρετική εγγενή επιβράδυνση φλόγας (περιεκτικότητα σε φώσφορο ≈9%) και την πλαστικοποιητική του δράση.

2. Βελτιστοποιήστε τις αναλογίες επιβραδυντικών φλόγας και τη συνέργεια

• Διατηρήστε το υποφωσφορώδες αργίλιο ως την κύρια πηγή φωσφόρου, αλλά μειώστε σημαντικά τη δοσολογία του για να βελτιώσετε τη διασπορά και να ελαχιστοποιήσετε το «φαινόμενο φυτιλιού».
• Διατηρήστε το βορικό ψευδάργυρο ως βασικό συνεργιστικό (προάγοντας την απανθράκωση και την καταστολή του καπνού).
• Διατηρήστε το MCA ως συνεργιστικό αζώτου, αλλά μειώστε τη δοσολογία του για να αποτρέψετε τη μετανάστευση.
• Παρουσιάζωεξαιρετικά λεπτό υδροξείδιο του αργιλίου (ATH)ως πολυλειτουργικό στοιχείο:
• Επιβράδυνση φλόγας:Ενδόθερμη αποσύνθεση (αφυδάτωση), ψύξη και αραίωση εύφλεκτων αερίων.
• Καταστολή καπνού:Μειώνει σημαντικά την παραγωγή καπνού.
• Πλήρωση:Μειώνει το κόστος (σε σύγκριση με άλλα επιβραδυντικά φλόγας).
• Βελτιωμένη διασπορά και ροή (εξαιρετικά υψηλής ποιότητας):Ευκολότερη διασπορά από την συμβατική ATH, ελαχιστοποιώντας την αύξηση του ιξώδους.

3. Ισχυρές λύσεις για προβλήματα διασποράς

• Σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε πλαστικοποιητές:Εξασφαλίστε πλήρη πλαστικοποίηση του PVC και μειώστε το ιξώδες του συστήματος.
• Χρησιμοποιήστε υπερδιασπορείς υψηλής απόδοσης:Ειδικά σχεδιασμένο για ανόργανες σκόνες υψηλού φορτίου, εύκολα συσσωματούμενες (υποφωσφορώδες αργίλιο, ATH).
• Βελτιστοποίηση της επεξεργασίας (η προανάμειξη είναι κρίσιμη):Βεβαιωθείτε για την πλήρη διαβροχή και διασπορά των επιβραδυντικών φλόγας.

4. Εξασφαλίστε βασική σταθερότητα επεξεργασίας

• Προσθέστε επαρκείς σταθεροποιητές θερμότητας και κατάλληλα λιπαντικά.

III. Αναθεωρημένη φόρμουλα PVC επιβραδυντικού φλόγας

IV. Σημειώσεις τύπου και βασικά σημεία

1. Το TOTP είναι το βασικό ίδρυμα

• 65–75 μέρηδιασφαλίζει:
• Πλήρης πλαστικοποίηση: Το PVC απαιτεί επαρκή πλαστικοποιητή για σχηματισμό μαλακής, συνεχούς μεμβράνης.
• Μείωση ιξώδους: Κρίσιμη για τη βελτίωση της διασποράς ανόργανων επιβραδυντικών φλόγας υψηλού φορτίου.
• Εγγενής επιβράδυνση φλόγας: Το ίδιο το TOTP είναι ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός πλαστικοποιητής επιβράδυνσης φλόγας.

2. Συνέργεια επιβραδυντικού φλόγας

• Συνέργεια PNB-Al:Το υποφωσφορώδες αργίλιο (P) + MCA (N) παρέχουν συνέργεια βάσης PN. Το βορικό ψευδάργυρο (B, Zn) ενισχύει την απανθράκωση και την καταστολή του καπνού. Το Ultrafine ATH (Al) προσφέρει τεράστια ενδόθερμη ψύξη και καταστολή του καπνού. Το TOTP συμβάλλει επίσης στον φώσφορο. Αυτό δημιουργεί ένα συνεργιστικό σύστημα πολλαπλών στοιχείων.
• Ο ρόλος της ATH:25–35 μέρη εξαιρετικά λεπτής ATH συμβάλλουν σημαντικά στην επιβράδυνση της φλόγας και στην καταστολή του καπνού. Η ενδόθερμη αποσύνθεσή της απορροφά θερμότητα, ενώ οι απελευθερούμενοι υδρατμοί αραιώνουν το οξυγόνο και τα εύφλεκτα αέρια.Η εξαιρετικά λεπτή και επιφανειακά επεξεργασμένη ATH είναι κρίσιμηγια την ελαχιστοποίηση της επίδρασης του ιξώδους και τη βελτίωση της συμβατότητας με το PVC.
• Αναχθέν υποφωσφορώδες αργίλιο:Μειώθηκε από 30 σε 15-20 μέρη για να μειωθεί το φορτίο του συστήματος, διατηρώντας παράλληλα τη συμβολή του φωσφόρου.
• Μειωμένη MCA:Μειώθηκε από 10 σε 4–6 μέρη για να αποφευχθεί η μετανάστευση.

3. Λύση Διασποράς – Κρίσιμη για την Επιτυχία

• Υπερδιασπορέας (3–4 μέρη):Απαραίτητο για τον χειρισμό του συστήματος υψηλού φορτίου (50–70 μέρη συνολικά ανόργανων πληρωτικών!), δύσκολου στη διασπορά (υποφωσφορώδες αργίλιο + εξαιρετικά λεπτό ATH + βορικό ψευδάργυρο).Τα συνηθισμένα διασπορικά (π.χ. στεατικό ασβέστιο, κερί PE) δεν επαρκούν!Επενδύστε σε υπερδιασπορείς υψηλής απόδοσης και χρησιμοποιήστε επαρκείς ποσότητες.
• Περιεκτικότητα σε πλαστικοποιητή (65–75 μέρη):Όπως παραπάνω, μειώνει το συνολικό ιξώδες, δημιουργώντας ένα καλύτερο περιβάλλον για διασπορά.
• Λιπαντικά (1–2 μέρη):Ένας συνδυασμός εσωτερικών/εξωτερικών λιπαντικών εξασφαλίζει καλή ροή κατά την ανάμειξη και την επικάλυψη, αποτρέποντας το κόλλημα.

4. Επεξεργασία – Αυστηρό Πρωτόκολλο Προανάμειξης

• Βήμα 1 (Ξηρή ανάμειξη ανόργανων σκονών):
• Προσθέστε υποφωσφορώδες αργίλιο, εξαιρετικά λεπτόκοκκο ATH, βορικό ψευδάργυρο, MCA και όλα τα υπερ-διασπαρτικά σε έναν αναμικτήρα υψηλής ταχύτητας.
• Αναμίξτε στους 80–90°C για 8–10 λεπτά. Στόχος: Βεβαιωθείτε ότι το υπερδιασπορικό καλύπτει πλήρως κάθε σωματίδιο, διασπώντας τα συσσωματώματα.Ο χρόνος και η θερμοκρασία είναι κρίσιμα!
• Βήμα 2 (Σχηματισμός πολτού):
• Προσθέστε το μεγαλύτερο μέρος του TOTP (π.χ., 70–80%), όλους τους σταθεροποιητές θερμότητας και τα εσωτερικά λιπαντικά στο μείγμα από το Βήμα 1.
• Αναμίξτε στους 90–100°C για 5–7 λεπτά μέχρι να σχηματιστεί ένα ομοιόμορφο, ρευστό, επιβραδυντικό φλόγας πολτό. Βεβαιωθείτε ότι οι σκόνες έχουν διαβραχεί πλήρως με πλαστικοποιητές.
• Βήμα 3 (Προσθήκη PVC και των υπόλοιπων εξαρτημάτων):
• Προσθέστε ρητίνη PVC, το υπόλοιπο TOTP, εξωτερικά λιπαντικά (και αντιοξειδωτικά/σταθεροποιητές UV, εάν προστεθούν σε αυτό το στάδιο).
• Ανακατέψτε στους 100–110°C για 7–10 λεπτά μέχρι να επιτευχθεί το «σημείο ξήρανσης» (ελεύθερη ροή, χωρίς σβόλους).Αποφύγετε την υπερβολική ανάμειξη για να αποτρέψετε την υποβάθμιση του PVC.
• Ψύξη:Αδειάστε το μείγμα και ψύξτε το στους <50°C για να αποφύγετε τη συσσωμάτωση.

5. Επακόλουθη Επεξεργασία

• Χρησιμοποιήστε το ψυχρό ξηρό μείγμα για καλανδράρισμα ή επικάλυψη.
• Ελέγχετε αυστηρά τη θερμοκρασία επεξεργασίας (συνιστώμενη θερμοκρασία τήξης ≤170–175°C) για να αποφύγετε την αστοχία του σταθεροποιητή ή την πρόωρη αποσύνθεση των επιβραδυντικών φλόγας (π.χ., ATH).

V. Αναμενόμενα αποτελέσματα και προφυλάξεις

• Επιβράδυνση φλόγας:Σε σύγκριση με την αρχική φόρμουλα (TOTM + υψηλή περιεκτικότητα σε υποφωσφορώδες αργίλιο/MCA), αυτή η αναθεωρημένη φόρμουλα (TOTP + βελτιστοποιημένες αναλογίες P/N/B/Al) θα πρέπει να βελτιώσει σημαντικά την επιβράδυνση φλόγας, ειδικά στην απόδοση κάθετης καύσης και στην καταστολή καπνού. Στόχευση σε πρότυπα όπως το CPAI-84 για σκηνές. Βασικές δοκιμές: ASTM D6413 (κάθετη καύση).
• Διασπορά:Το υπερδιασπορικό + ο υψηλός πλαστικοποιητής + η βελτιστοποιημένη προανάμειξη θα πρέπει να βελτιώσουν σημαντικά τη διασπορά, μειώνοντας τη συσσωμάτωση και βελτιώνοντας την ομοιομορφία της επικάλυψης.
• Επεξεργασιμότητα:Η επαρκής χρήση TOTP και λιπαντικών θα πρέπει να διασφαλίζει την ομαλή επεξεργασία, αλλά να παρακολουθείται το ιξώδες και η προσκόλληση κατά την πραγματική παραγωγή.
• Κόστος:Τα TOTP και τα υπερ-διασπορικά είναι ακριβά, αλλά το αναγμένο υποφωσφορώδες αργίλιο και η MCA αντισταθμίζουν μέρος του κόστους. Η ATH είναι σχετικά χαμηλού κόστους.

Κρίσιμες υπενθυμίσεις:

• Πρώτα οι δοκιμές μικρής κλίμακας!Δοκιμάστε στο εργαστήριο και προσαρμόστε με βάση τα πραγματικά υλικά (ειδικά την απόδοση ATH και υπερδιασποράς) και τον εξοπλισμό.
• Επιλογή υλικού:
• ΑΘ:Πρέπει να χρησιμοποιούνται εξαιρετικά λεπτές (D50 ≤2µm), επιφανειακά επεξεργασμένες (π.χ. σιλάνιο) ποιότητες. Συμβουλευτείτε τους προμηθευτές για συστάσεις συμβατές με PVC.
• Υπερδιασπορείς:Πρέπει να χρησιμοποιούνται τύποι υψηλής απόδοσης. Ενημερώστε τους προμηθευτές σχετικά με την εφαρμογή (PVC, ανόργανα πληρωτικά υψηλού φορτίου, επιβραδυντικά φλόγας χωρίς αλογόνα).
• ΣΥΝΟΛΟ:Εξασφαλίστε υψηλή ποιότητα.
• Δοκιμές:Διεξάγετε αυστηρές δοκιμές επιβράδυνσης φλόγας σύμφωνα με τα πρότυπα-στόχους. Αξιολογήστε επίσης την αντοχή στη γήρανση/στο νερό (κρίσιμη για εξωτερικές σκηνές!). Οι σταθεροποιητές υπεριώδους ακτινοβολίας και τα αντιοξειδωτικά είναι απαραίτητα.

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