Halogenfri flamskyddsmedelsformulering för TPU-beläggningssystem med DMF-lösningsmedel
För TPU-beläggningssystem som använder dimetylformamid (DMF) som lösningsmedel kräver användningen av aluminiumhypofosfit (AHP) och zinkborat (ZB) som flamskyddsmedel en systematisk utvärdering. Nedan följer en detaljerad analys- och implementeringsplan:
I. Genomförbarhetsanalys av aluminiumhypofosfit (AHP)
1. Flamskyddsmekanism och fördelar
- Mekanism:
- Sönderfaller vid höga temperaturer för att generera fosfor- och metafosforsyror, vilket främjar förkolningsbildning i TPU (kondenserad fas flamskyddsmedel).
- Frigör PO·-radikaler för att avbryta förbränningskedjereaktioner (gasfasflamskydd).
- Fördelar:
- Halogenfri, låg rökhalt, låg toxicitet, uppfyller RoHS/REACH.
- God termisk stabilitet (sönderdelningstemperatur ≈300 °C), lämplig för TPU-torkningsprocesser (vanligtvis <150 °C).
2. Utmaningar och lösningar med tillämpningar
| Utmaning | Lösning |
| Dålig spridning i DMF | Använd ytmodifierad AHP (t.ex. silankopplingsmedel KH-550). Fördispergeringsprocess: Kulmal AHP med DMF och dispergeringsmedel (t.ex. BYK-110) till partikelstorlek <5 μm. |
| Högt lastkrav (20–30 %) | Synergistisk kombination med ZB eller melamincyanurat (MCA) för att minska den totala belastningen till 15–20 %. |
| Minskad transparens i beläggningen | Använd AHP i nanostorlek (partikelstorlek <1 μm) eller blanda med transparenta flamskyddsmedel (t.ex. organiska fosfater). |
3. Rekommenderad formulering och process
- Exempelformulering:
- TPU/DMF-bas: 100 phr
- Ytmodifierad AHP: 20 phr
- Zinkborat (ZB): 5 phr (synergi för rökundertryckning)
- Dispergeringsmedel (BYK-110): 1,5 phr
- Processens nyckelpunkter:
- Förblanda AHP med dispergeringsmedel och partiell DMF under hög skjuvning (≥3000 rpm, 30 min), blanda sedan med TPU-slam.
- Torkning efter beläggning: 120–150 °C, förläng tiden med 10 % för att säkerställa fullständig DMF-avdunstning.
II. Genomförbarhetsanalys av zinkborat (ZB)
1. Flamskyddsmekanism och fördelar
- Mekanism:
- Bildar ett B₂O₃-glaslager vid höga temperaturer, vilket blockerar syre och värme (flamhämmande egenskaper i kondenserad fas).
- Frigör bundet vatten (~13 %), späder ut brandfarliga gaser och kyler systemet.
- Fördelar:
- Stark synergistisk effekt med AHP eller aluminiumtrihydroxid (ATH).
- Utmärkt rökundertryckning, idealisk för applikationer med låg rökhalt.
2. Utmaningar och lösningar med tillämpningar
| Utmaning | Lösning |
| Dålig dispersionsstabilitet | Använd ZB i nanostorlek (<500 nm) och vätmedel (t.ex. TegoDispers 750W). |
| Låg flamskyddseffektivitet (hög belastning krävs) | Använd som synergist (5–10 %) med primära flamskyddsmedel (t.ex. AHP eller organiskt fosfor). |
| Minskad beläggningsflexibilitet | Kompensera med mjukgörare (t.ex. DOP eller polyesterpolyoler). |
3. Rekommenderad formulering och process
- Exempelformulering:
- TPU/DMF-bas: 100 phr
- Nanostört ZB: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Vätmedel (Tego 750W): 1 phr
- Processens nyckelpunkter:
- Fördispergera ZB i DMF via pärlmalning (partikelstorlek ≤2 μm) innan blandning med TPU-slam.
- Förläng torktiden (t.ex. 30 min) för att undvika att kvarvarande fukt påverkar flamskyddet.
III. Synergistisk utvärdering av AHP + ZB-systemet
1. Synergistiska flamskyddseffekter
- Gasfas- och kondensfassynergi:
- AHP tillhandahåller fosfor för förkolning, medan ZB stabiliserar förkolningslagret och undertrycker efterglöd.
- Kombinerad LOI: 28–30 %, UL94 V-0 (1,6 mm) uppnåelig.
- Rökdämpning:
- ZB minskar rökutsläppet med >50 % (konkalorimetertest).
2. Rekommendationer för prestationsbalansering
- Mekanisk egendomskompensation:
- Tillsätt 2–3 % TPU-mjukgörare (t.ex. polykaprolaktonpolyol) för att bibehålla flexibiliteten (töjning >300 %).
- Använd ultrafina pulver (AHP/ZB <2μm) för att minimera förlust av draghållfasthet.
- Processtabilitetskontroll:
- Bibehåll slammets viskositet vid 2000–4000 cP (Brookfield RV, spindel 4, 20 rpm) för en jämn beläggning.
IV. Jämförelse med lösningsmedelsbaserade flytande flamskyddsmedel
| Parameter | AHP + ZB-systemet | Flytande fosfor-kväve FR (t.ex. Levagard 4090N) |
| Belastning | 20–30 % | 15–25 % |
| Spridningssvårigheter | Kräver förbehandling (högskjuvning/ytmodifiering) | Direkt upplösning, ingen dispersion behövs |
| Kosta | Låg (~3–5 USD/kg) | Hög (~10–15 USD/kg) |
| Miljöpåverkan | Halogenfri, låg toxicitet | Kan innehålla halogener (produktberoende) |
| Beläggningstransparens | Halvgenomskinlig till ogenomskinlig | Mycket transparent |
V. Rekommenderade implementeringssteg
- Testning i laboratorieskala:
- Utvärdera AHP/ZB individuellt och i kombination (gradientbelastning: 10 %, 15 %, 20 %).
- Bedöm dispersionsstabilitet (ingen sedimentation efter 24 timmar), viskositetsförändringar och beläggningens jämnhet.
- Validering i pilotskala:
- Optimera torkförhållandena (tid/temperatur) och testa flamskyddsegenskaper (UL94, LOI) och mekaniska egenskaper.
- Jämför kostnader: Om AHP+ZB minskar kostnaderna med >30 % jämfört med flytande frysmedel är det ekonomiskt lönsamt.
- Förberedelse för uppskalning:
- Samarbeta med leverantörer för att utveckla fördispergerade AHP/ZB-masterbatcher (DMF-baserade) för förenklad produktion.
VI. Slutsats
Med kontrollerade dispersionsprocesser kan AHP och ZB fungera som effektiva flamskyddsmedel för TPU/DMF-beläggningar, förutsatt att:
- Ytmodifiering + högskjuvningsdispersionappliceras för att förhindra partikelansamling.
- AHP (primär) + ZB (synergist)balanserar effektivitet och kostnad.
- Förhög transparens/flexibilitetkrav är flytande fosfor-kväve-FR (t.ex. Levagard 4090N) fortfarande att föredra.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO och REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Publiceringstid: 22 maj 2025
