PVC dangų ugniai atsparių formulių analizė ir optimizavimas

PVC dangų ugniai atsparių formulių analizė ir optimizavimas

Klientas gamina PVC palapines ir jam reikia padengti liepsną slopinančia danga. Dabartinę formulę sudaro 60 dalių PVC dervos, 40 dalių TOTM, 30 dalių aliuminio hipofosfito (su 40 % fosforo kiekiu), 10 dalių MCA, 8 dalys cinko borato ir dispergentai. Tačiau liepsną slopinančios savybės yra prastos, o liepsną slopinančių medžiagų dispersija taip pat nepakankama. Žemiau pateikiama priežasčių analizė ir siūlomas formulės pakeitimas.

I. Pagrindinės prasto atsparumo liepsnai priežastys

1. Nesubalansuota liepsną slopinanti sistema su silpnu sinergetiniu poveikiu

• Per didelis aliuminio hipofosfito kiekis (30 dalių):
  Nors aliuminio hipofosfitas yra efektyvus fosforo pagrindu pagamintas antipirenas (40 % fosforo), per didelis jo kiekis (> 25 dalys) gali sukelti:
• Staigus sistemos klampumo padidėjimas, dėl kurio sunku išsisklaidyti ir susidaro aglomeruotos karštosios dėmės, kurios pagreitina degimą („dagties efektas“).
• Sumažėjęs medžiagos tvirtumas ir pablogėjusios plėvelės formavimo savybės dėl per didelio neorganinio užpildo kiekio.
• Didelis MCA kiekis (10 dalių):
  MCA (azoto pagrindu) paprastai naudojama kaip sinergiklis. Kai dozė viršija 5 dalis, ji linkusi migruoti į paviršių, sumažindama antipirenų efektyvumą ir galinti trukdyti kitiems antipirenams.
• Pagrindinių sinergiklių trūkumas:
  Nors cinko boratas slopina dūmus, stibio pagrindo (pvz., antimono trioksido) arba metalo oksido (pvz., aliuminio hidroksido) junginių nebuvimas neleidžia susidaryti sinergetinei „fosforo-azoto-stibio“ sistemai, todėl dujų fazės liepsnos atsparumas yra nepakankamas.

2. Plastifikatoriaus pasirinkimo ir atsparumo liepsnai tikslų neatitikimas

• TOTM (trioktilo trimelitatas) pasižymi ribotu atsparumu liepsnai:
  TOTM pasižymi puikiu atsparumu karščiui, tačiau jo atsparumas liepsnai yra daug mažesnis, palyginti su fosfatų esteriais (pvz., TOTP). Didelio atsparumo liepsnai reikalaujančiose dangose, tokiose kaip palapinių dangos, TOTM negali užtikrinti pakankamų apanglėjimo ir deguonies barjero savybių.
• Nepakankamas bendras plastifikatoriaus kiekis (tik 40 dalių):
  PVC dervai visiškai plastifikuoti paprastai reikia 60–75 dalių plastifikatoriaus. Mažas plastifikatoriaus kiekis lemia didelį lydalo klampumą, o tai dar labiau pablogina antipirenų dispersijos problemas.

3. Neefektyvi dispersijos sistema, dėl kurios antipirenas pasiskirsto netolygiai

• Dabartinis dispergentas gali būti bendrosios paskirties (pvz., stearino rūgštis arba PE vaškas), kuris neefektyvus didelės apkrovos neorganiniams antipirenams (aliuminio hipofosfitas + cinko boratas, iš viso 48 dalys), sukeldamas:
• Ugnį slopinančių dalelių aglomeracija, dėl kurios dangoje susidaro silpnos vietos.
• Prastas lydalo tekėjimas apdorojimo metu, dėl kurio susidaro šlyties šiluma, sukelianti priešlaikinį skilimą.

4. Prastas antipirenų ir PVC suderinamumas

• Neorganinės medžiagos, tokios kaip aliuminio hipofosfitas ir cinko boratas, turi reikšmingų poliškumo skirtumų, palyginti su PVC. Be paviršiaus modifikavimo (pvz., silano jungiamųjų medžiagų), vyksta fazių atsiskyrimas, dėl kurio sumažėja antipirenų efektyvumas.

II. Pagrindinis projektavimo metodas

1. Pakeiskite pirminį plastifikatorių TOTP

• Išnaudokite puikų vidinį atsparumą liepsnai (fosforo kiekis ≈9%) ir plastifikavimo efektą.

2. Optimizuokite antipirenų santykius ir sinergiją

• Išsaugoti aliuminio hipofosfitą kaip pagrindinį fosforo šaltinį, tačiau gerokai sumažinti jo dozę, kad pagerėtų dispersija ir sumažėtų „dagties efektas“.
• Išsaugoti cinko boratą kaip pagrindinį sinergiklį (skatinantį apanglėjimą ir dūmų slopinimą).
• MCA turi būti paliktas kaip azoto sinergiklis, bet jo dozė turi būti sumažinta, kad būtų išvengta migracijos.
• Pristatytiitin smulkus aliuminio hidroksidas (ATH)kaip daugiafunkcinis komponentas:
• Atsparumas liepsnai:Degių dujų endoterminis skaidymasis (dehidratacija), aušinimas ir praskiedimas.
• Dūmų slopinimas:Žymiai sumažina dūmų susidarymą.
• Užpildas:Mažina sąnaudas (palyginti su kitais antipirenais).
• Pagerintas sklaidymas ir tekėjimas (ultrafinuota klasė):Lengviau disperguojamas nei įprastas ATH, todėl sumažėja klampumo padidėjimas.

3. Efektyvūs dispersijos problemų sprendimai

• Žymiai padidinkite plastifikatoriaus kiekį:Užtikrinkite visišką PVC plastifikaciją ir sumažinkite sistemos klampumą.
• Naudokite didelio efektyvumo superdispergentus:Specialiai sukurta didelės apkrovos, lengvai aglomeruojamiems neorganiniams milteliams (aliuminio hipofosfitui, ATH).
• Optimizuoti apdorojimą (išankstinis maišymas yra labai svarbus):Užtikrinkite kruopštų antipirenų sudrėkinimą ir išsklaidymą.

4. Užtikrinkite pagrindinį apdorojimo stabilumą

• Įpilkite pakankamai šilumos stabilizatorių ir tinkamų tepalų.

III. Pataisyta ugniai atspari PVC formulė

IV. Formulės pastabos ir svarbiausi punktai

1. TOTP yra pagrindinis fondas

• 65–75 dalysužtikrina:
• Visiškas plastifikavimas: PVC reikia pakankamai plastifikatoriaus, kad susidarytų minkšta, ištisinė plėvelė.
• Klampumo mažinimas: labai svarbus gerinant didelės apkrovos neorganinių antipirenų dispersiją.
• Vidinis atsparumas liepsnai: pats TOTP yra labai efektyvus liepsną slopinantis plastifikatorius.

2. Liepsną slopinančios medžiagos sinergija

• PNB-Al sinergija:Aliuminio hipofosfitas (P) + MCA (N) užtikrina bazinio PN sinergiją. Cinko boratas (B, Zn) pagerina apanglėjimo ir dūmų slopinimą. Itin smulkus ATH (Al) užtikrina stiprų endoterminį aušinimą ir dūmų slopinimą. TOTP taip pat prisideda prie fosforo. Tai sukuria daugiaelementę sinerginę sistemą.
• ATH vaidmuo:25–35 dalys ypač smulkios ATH yra pagrindinis veiksnys, lemiantis atsparumą liepsnai ir dūmų slopinimą. Jo endoterminis skilimas sugeria šilumą, o išsiskyrę vandens garai praskiedžia deguonį ir degias dujas.Itin smulkus ir paviršiumi apdorotas ATH yra labai svarbussiekiant sumažinti klampumo poveikį ir pagerinti suderinamumą su PVC.
• Redukuotas aliuminio hipofosfitas:Sumažintas nuo 30 iki 15–20 dalių, siekiant sumažinti sistemos apkrovą, išlaikant fosforo indėlį.
• Sumažintas MCA:Sumažinta nuo 10 iki 4–6 dalių, kad būtų išvengta migracijos.

3. Dispersinis tirpalas – labai svarbus sėkmei

• Superdispergentas (3–4 dalys):Būtinas dirbant su didelio apkrovimo (50–70 dalių neorganinių užpildų!), sunkiai disperguojama sistema (aliuminio hipofosfitas + itin smulkus ATH + cinko boratas).Įprastų dispergentų (pvz., kalcio stearato, PE vaško) nepakanka!Investuokite į didelio efektyvumo superdispergentus ir naudokite pakankamą jų kiekį.
• Plastifikatoriaus kiekis (65–75 dalys):Kaip minėta aukščiau, sumažina bendrą klampumą, sukurdamas geresnę aplinką dispersijai.
• Tepalai (1–2 dalys):Vidinių ir išorinių tepalų derinys užtikrina gerą tekėjimą maišymo ir dengimo metu, apsaugodamas nuo sukibimo.

4. Apdorojimas – griežtas išankstinio maišymo protokolas

• 1 veiksmas (sausas neorganinių miltelių mišinys):
• Į greitaeigį maišytuvą suberkite aliuminio hipofosfitą, ultrasmulkų ATH, cinko boratą, MCA ir visus superdispergentus.
• Maišykite 80–90 °C temperatūroje 8–10 minučių. Tikslas: užtikrinti, kad superdispergentas visiškai padengtų kiekvieną dalelę, suardydamas aglomeratus.Laikas ir temperatūra yra labai svarbūs!
• 2 veiksmas (srutos susidarymas):
• Į 1 veiksmo mišinį įpilkite didžiąją dalį TOTP (pvz., 70–80 %), visus karščio stabilizatorius ir vidinius tepalus.
• Maišykite 90–100 °C temperatūroje 5–7 minutes, kad susidarytų vienalytė, taki liepsną slopinanti suspensija. Įsitikinkite, kad milteliai yra visiškai sudrėkinti plastifikatoriais.
• 3 veiksmas (pridėkite PVC ir likusius komponentus):
• Įpilkite PVC dervos, likusio TOTP, išorinių tepalų (ir antioksidantų / UV stabilizatorių, jei jie buvo įpilti šiame etape).
• Maišykite 100–110 °C temperatūroje 7–10 minučių, kol pasieksite „sausos temperatūros“ būseną (birią, be gumulėlių).Venkite permaišyti, kad išvengtumėte PVC degradacijos.
• Aušinimas:Ištuštinkite ir atvėsinkite mišinį iki <50 °C, kad nesusidarytų gumulėlių.

5. Vėlesnis apdorojimas

• Atvėsusį sausą mišinį naudokite kalandravimui arba dengimui.
• Griežtai kontroliuokite apdorojimo temperatūrą (rekomenduojama lydalo temperatūra ≤170–175 °C), kad išvengtumėte stabilizatoriaus gedimo arba priešlaikinio antipirenų (pvz., ATH) skilimo.

V. Laukiami rezultatai ir atsargumo priemonės

• Atsparumas liepsnai:Palyginti su originalia formule (TOTM + didelis aliuminio hipofosfito/MCA kiekis), ši atnaujinta formulė (TOTP + optimizuoti P/N/B/Al santykiai) turėtų žymiai pagerinti atsparumą liepsnai, ypač vertikalaus degimo ir dūmų slopinimo srityse. Palapinėms taikomi tokie tiksliniai standartai kaip CPAI-84. Pagrindiniai bandymai: ASTM D6413 (vertikalus degimas).
• Dispersija:Superdispergentas + didelis plastifikatorius + optimizuotas išankstinis maišymas turėtų gerokai pagerinti dispersiją, sumažinti aglomeraciją ir pagerinti dangos vienodumą.
• Apdorojamumas:Tinkamas TOTP ir tepalų kiekis turėtų užtikrinti sklandų procesą, tačiau gamybos metu stebėkite klampumą ir lipnumą.
• Kaina:TOTP ir superdispergentai yra brangūs, tačiau redukuotas aliuminio hipofosfitas ir MCA kompensuoja dalį išlaidų. ATH yra santykinai nebrangus.

Svarbūs priminimai:

• Pirmiausia mažo masto bandymai!Išbandykite laboratorijoje ir pakoreguokite pagal faktines medžiagas (ypač ATH ir superdispergento savybes) ir įrangą.
• Medžiagų pasirinkimas:
• ATH:Būtina naudoti itin smulkias (D50 ≤2µm), paviršiumi apdorotas (pvz., silanu) rūšis. Dėl rekomendacijų, kaip naudoti su PVC, kreipkitės į tiekėjus.
• Superdispergentai:Privalo naudoti didelio efektyvumo tipus. Informuokite tiekėjus apie jų naudojimą (PVC, didelio atsparumo neorganiniai užpildai, behalogenis atsparumas ugniai).
• TOTP:Užtikrinkite aukštą kokybę.
• Testavimas:Atlikite griežtus atsparumo liepsnai bandymus pagal tikslinius standartus. Taip pat įvertinkite atsparumą senėjimui / vandeniui (labai svarbu lauko palapinėms!). Būtini UV stabilizatoriai ir antioksidantai.

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