Formulazione di riferimento del masterbatch ignifugo in PVC
Progettazione e ottimizzazione di formulazioni di masterbatch ignifughi in PVC, incorporando ritardanti di fiamma esistenti e componenti sinergici chiave, con l'obiettivo di ottenere una resistenza alla fiamma UL94 V0 (regolabile a V2 riducendo le quantità di additivi).
I. Raccomandazione sulla formula di base (PVC rigido)
Formulazione ritardante di fiamma in plastica:
| Componente | Caricamento (% in peso) | Descrizione della funzione |
|---|---|---|
| Resina PVC (tipo SG-5) | 40-50% | Materiale della matrice, preferibilmente di grado a basso assorbimento di olio |
| Ipofosfito di alluminio | 12-15% | Fonte acida per la formazione di carbone, sopprime il bagliore residuo |
| borato di zinco | 8-10% | Soppressione sinergica del fumo, reagisce con l'HCl dalla decomposizione del PVC |
| Idrossido di alluminio modificato in superficie | 10-12% | Raffreddamento endotermico, richiede un rivestimento con agente accoppiante silanico (la temperatura di decomposizione corrisponde alla lavorazione del PVC) |
| Triossido di antimonio (Sb₂O₃) | 3-5% | Sinergico principale, migliora la resistenza alla fiamma tramite la sinergia Cl-Sb |
| Molibdato di zinco (antifumo) | 5-8% | Additivo consigliato, riduce la densità del fumo (fondamentale per la conformità alla norma DIN 4102) |
| Dipentaeritritolo (DPE) | 2-3% | Coadiuvante nella formazione di carbone, migliora il controllo del gocciolamento da fusione |
| Stabilizzatore termico (composito Ca-Zn) | 3-4% | Essenziale per prevenire la degradazione termica durante la lavorazione |
| Plastificante (DOP o eco-alternativa) | 0-8% | Regolare la durezza (facoltativo per PVC rigido) |
| Lubrificante (stearato di calcio) | 1-1,5% | Migliora la lavorabilità, previene l'incollamento dei rulli |
| Coadiuvante tecnologico (ACR) | 1-2% | Migliora la plastificazione e la dispersione del masterbatch |
II. Principi chiave di ottimizzazione
- Sistema sinergico ignifugo
- Sinergia Cl-Sb: il cloro intrinseco del PVC (56%) combinato con il 3-5% di Sb₂O₃ forma una barriera SbCl₃, consentendo un'azione ritardante di fiamma a doppia azione in fase gassosa/fase condensata.
- Soppressione del fumo: il molibdato di zinco + il borato di zinco riducono la densità del fumo di >40% (ASTM E662).
- Miglioramento della carbonizzazione: l'ipofosfito di alluminio + DPE genera carbonizzazione di estere fosforico reticolato a 200–250 °C, compensando la carenza di carbonizzazione iniziale del PVC.
- Adattabilità all'elaborazione
- Corrispondenza della temperatura: l'ipofosfito di alluminio (decomposizione ≥250°C) e l'Al(OH)₃ modificato in superficie (stabile a >200°C) sono adatti alla lavorazione del PVC (160–190°C).
- Garanzia di stabilità: gli stabilizzanti Ca-Zn impediscono la degradazione della resina dovuta al rilascio di HCl; l'ACR favorisce la plastificazione nei sistemi ad alto contenuto di riempitivo.
- Equilibrio delle prestazioni
- Carico totale di ritardante di fiamma: 35–45%, mantenimento della resistenza alla trazione ≥80% (tipico ≥40 MPa per PVC rigido).
- Per ottenere flessibilità (PVC flessibile), sostituire il DOP con olio di soia epossidato all'8% (doppio plastificante/ritardante di fiamma).
III. Metriche di test e convalida
Resistenza alla fiamma:
- UL94 V0 (spessore 1,6 mm)
- Indice limite di ossigeno (LOI) ≥32%
Controllo del fumo:
- Prova della camera di fumo NBS: densità ottica specifica massimaDs≤150 (modalità fiammeggiante)
Proprietà meccaniche:
- Resistenza alla trazione ≥35 MPa (rigido), allungamento a rottura ≥200% (flessibile)
Stabilità termica:
- Il DMA conferma che non vi è alcun calo del modulo a 180°C.
IV. Adeguamenti economici ed ecologici
Alternativa a basso costo:
- Ridurre il molibdato di zinco al 3%, sostituire parzialmente Al(OH)₃ con Mg(OH)₂ (aumentare al 15%).
Soluzione senza antimonio:
- Rimuovere Sb₂O₃, utilizzare il 2% di dietilfosfinato di alluminio + il 5% di nanocaolino (efficienza leggermente inferiore; richiede uno spessore di 3 mm per V0).
Priorità al fumo:
- Aggiungere l'1% di nerofumo rivestito di resina siliconica per ridurre ulteriormente la densità del fumo del 15%.
V. Linee guida per l'elaborazione
- Sequenza di mixaggio:
Resina PVC → stabilizzante + lubrificante → ritardanti di fiamma (da bassa ad alta densità) → plastificante (aggiunto a spruzzo per ultimo). - Temperature di lavorazione:
Zone dell'estrusore bivite: 160°C (alimentazione) → 170°C (fusione) → 180°C (miscelazione) → 175°C (testata). - Concentrazione del masterbatch:
Si consiglia un carico del 50%; diluire 1:1 con PVC vergine per lo stampaggio a iniezione finale.
Questa formulazione bilancia elevata resistenza alla fiamma, bassa emissione di fumi e stabilità di processo. Si consigliano prove su piccola scala prima di procedere con la produzione su larga scala, con aggiustamenti in base alla forma del prodotto (fogli, cavi, ecc.).
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Data di pubblicazione: 08-07-2025
