Formulazione ritardante di fiamma senza alogeni per sistema di rivestimento in TPU con solvente DMF

Formulazione ritardante di fiamma senza alogeni per sistema di rivestimento in TPU con solvente DMF

Per i sistemi di rivestimento in TPU che utilizzano dimetilformammide (DMF) come solvente, l'uso di ipofosfito di alluminio (AHP) e borato di zinco (ZB) come ritardanti di fiamma richiede una valutazione sistematica. Di seguito è riportato un piano di analisi e implementazione dettagliato:

I. Analisi di fattibilità dell'ipofosfito di alluminio (AHP)

1. Meccanismo e vantaggi ritardanti di fiamma

• Meccanismo:
• Si decompone ad alte temperature generando acidi fosforici e metafosforici, favorendo la formazione di carbone nel TPU (ritardante di fiamma in fase condensata).
• Rilascia radicali PO· per interrompere le reazioni a catena della combustione (ritardante di fiamma in fase gassosa).
• Vantaggi:
• Senza alogeni, a bassa emissione di fumi, a bassa tossicità, conforme a RoHS/REACH.
• Buona stabilità termica (temperatura di decomposizione ≈300°C), adatta ai processi di essiccazione del TPU (tipicamente <150°C).

2. Sfide e soluzioni applicative

3. Formulazione e processo consigliati

• Esempio di formulazione:
• Base TPU/DMF: 100 phr
• AHP modificato in superficie: 20 phr
• Borato di zinco (ZB): 5 phr (sinergia di soppressione del fumo)
• Disperdente (BYK-110): 1,5 phr
• Punti chiave del processo:
• Premiscelare l'AHP con il disperdente e la DMF parziale sotto elevato taglio (≥3000 giri/min, 30 min), quindi miscelare con la sospensione di TPU.
• Essiccazione post-rivestimento: 120-150°C, prolungare il tempo del 10% per garantire la completa evaporazione del DMF.

II. Analisi di fattibilità del borato di zinco (ZB)

1. Meccanismo e vantaggi ritardanti di fiamma

• Meccanismo:
• Forma uno strato di vetro B₂O₃ ad alte temperature, bloccando l'ossigeno e il calore (ritardante di fiamma in fase condensata).
• Rilascia acqua legata (~13%), diluendo i gas infiammabili e raffreddando il sistema.
• Vantaggi:
• Forte effetto sinergico con AHP o triidrossido di alluminio (ATH).
• Eccellente abbattimento dei fumi, ideale per applicazioni a bassa emissione di fumo.

2. Sfide e soluzioni applicative

3. Formulazione e processo consigliati

• Esempio di formulazione:
• Base TPU/DMF: 100 phr
• ZB di dimensioni nanometriche: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Agente bagnante (Tego 750W): 1 phr
• Punti chiave del processo:
• Predisperdere ZB in DMF tramite macinazione a sfere (dimensione delle particelle ≤2μm) prima di miscelarlo con la sospensione TPU.
• Prolungare il tempo di asciugatura (ad esempio 30 minuti) per evitare che l'umidità residua influisca sulla resistenza alla fiamma.

III. Valutazione sinergica del sistema AHP + ZB

1. Effetti sinergici ritardanti di fiamma

• Sinergia in fase gassosa e in fase condensata:
• L'AHP fornisce fosforo per la carbonizzazione, mentre lo ZB stabilizza lo strato di carbonizzazione e sopprime la luminescenza residua.
• LOI combinato: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) raggiungibile.
• Soppressione del fumo:
• ZB riduce le emissioni di fumo di >50% (test del calorimetro a cono).

2. Raccomandazioni per il bilanciamento delle prestazioni

• Compensazione delle proprietà meccaniche:
• Aggiungere il 2-3% di plastificante TPU (ad esempio, poliolo di policaprolattone) per mantenere la flessibilità (allungamento >300%).
• Utilizzare polveri ultrafini (AHP/ZB <2μm) per ridurre al minimo la perdita di resistenza alla trazione.
• Controllo della stabilità del processo:
• Mantenere la viscosità della sospensione a 2000-4000 cP (Brookfield RV, mandrino 4, 20 giri/min) per un rivestimento uniforme.

IV. Confronto con ritardanti di fiamma liquidi a base di solvente

V. Fasi di implementazione consigliate

1. Test su scala di laboratorio:

• Valutare AHP/ZB singolarmente e in combinazione (carico di gradiente: 10%, 15%, 20%).
• Valutare la stabilità della dispersione (nessuna sedimentazione dopo 24 ore), le variazioni di viscosità e l'uniformità del rivestimento.

1. Validazione su scala pilota:

• Ottimizzare le condizioni di essiccazione (tempo/temperatura) e testare la resistenza alla fiamma (UL94, LOI) e le proprietà meccaniche.
• Confronta i costi: se AHP+ZB riduce i costi di oltre il 30% rispetto ai FR liquidi, è economicamente sostenibile.

1. Preparazione per l'ampliamento:

• Collaborare con i fornitori per sviluppare masterbatch AHP/ZB pre-dispersi (a base di DMF) per una produzione semplificata.

VI. Conclusion

Grazie ai processi di dispersione controllata, AHP e ZB possono fungere da efficaci ritardanti di fiamma per i rivestimenti in TPU/DMF, a condizione che:

1. Modifica della superficie + dispersione ad alto taglioviene applicato per impedire l'agglomerazione delle particelle.
2. AHP (primario) + ZB (sinergico)bilancia efficienza e costi.
3. Perelevata trasparenza/flessibilitàrequisiti, i FR liquidi al fosforo-azoto (ad esempio, Levagard 4090N) restano preferibili.

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

Email: lucy@taifeng-fr.com