Chuyển đổi công thức cho da PVC chống cháy không chứa halogen

Chuyển đổi công thức cho da PVC chống cháy không chứa halogen

Giới thiệu

Khách hàng sản xuất da PVC chống cháy và trước đây sử dụng antimon trioxide (Sb₂O₃). Hiện tại, họ đang hướng đến việc loại bỏ Sb₂O₃ và chuyển sang chất chống cháy không chứa halogen. Công thức hiện tại bao gồm PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 và antimon. Việc chuyển đổi từ công thức da PVC gốc antimon sang hệ thống chống cháy không chứa halogen là một bước tiến công nghệ đáng kể. Sự thay đổi này không chỉ tuân thủ các quy định về môi trường ngày càng nghiêm ngặt (ví dụ: RoHS, REACH) mà còn nâng cao hình ảnh “xanh” và khả năng cạnh tranh trên thị trường của sản phẩm.

Những thách thức chính

1. Mất tác dụng hiệp đồng:
   • Bản thân Sb₂O₃ không phải là chất chống cháy mạnh, nhưng lại thể hiện hiệu ứng chống cháy hiệp đồng tuyệt vời với clo trong PVC, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả. Việc loại bỏ antimon đòi hỏi phải tìm một hệ thống thay thế không chứa halogen có thể tái tạo hiệu ứng hiệp đồng này.
2. Hiệu quả chống cháy:
   • Chất chống cháy không chứa halogen thường yêu cầu tải trọng cao hơn để đạt được xếp hạng chống cháy tương đương (ví dụ: UL94 V-0), điều này có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học (độ mềm, độ bền kéo, độ giãn dài), hiệu suất xử lý và chi phí.
3. Đặc điểm của da PVC:
   • Da PVC đòi hỏi độ mềm mại, cảm giác cầm nắm tuyệt vời, bề mặt hoàn thiện (dập nổi, bóng), khả năng chống chịu thời tiết, chống thấm nước và độ đàn hồi ở nhiệt độ thấp. Công thức mới phải duy trì hoặc gần như đáp ứng được những đặc tính này.
4. Hiệu suất xử lý:
   • Tải lượng lớn chất độn không chứa halogen (ví dụ: ATH) có thể ảnh hưởng đến dòng chảy nóng chảy và độ ổn định của quá trình xử lý.
5. Cân nhắc về chi phí:
   • Một số chất chống cháy không chứa halogen hiệu quả cao có giá thành cao, đòi hỏi phải cân bằng giữa hiệu suất và chi phí.

Chiến lược lựa chọn cho hệ thống chống cháy không chứa halogen (dành cho da nhân tạo PVC)

1. Chất chống cháy chính – Hydroxit kim loại

• Nhôm Trihydroxide (ATH):
  • Phổ biến nhất, tiết kiệm chi phí.
  • Cơ chế: Phân hủy thu nhiệt (~200°C), giải phóng hơi nước để pha loãng khí dễ cháy và oxy đồng thời tạo thành lớp bề mặt bảo vệ.
  • Nhược điểm: Hiệu suất thấp, yêu cầu tải trọng cao (40–70 phr), làm giảm đáng kể độ mềm, độ giãn dài và khả năng gia công; nhiệt độ phân hủy thấp.
• Magie Hydroxit (MDH):
  • Nhiệt độ phân hủy cao hơn (~340°C), phù hợp hơn cho quá trình xử lý PVC (160–200°C).
  • Nhược điểm: Cần tải trọng cao tương tự (40–70 phr); chi phí cao hơn một chút so với ATH; có thể hấp thụ độ ẩm nhiều hơn.

Chiến lược:

• Nên dùng MDH hoặc hỗn hợp ATH/MDH (ví dụ: 70/30) để cân bằng chi phí, khả năng thích ứng với nhiệt độ xử lý và khả năng chống cháy.
• ATH/MDH được xử lý bề mặt (ví dụ, kết hợp silane) giúp cải thiện khả năng tương thích với PVC, giảm thiểu sự xuống cấp về tính chất và tăng cường khả năng chống cháy.

2. Chất hiệp đồng chống cháy

Để giảm tải chất chống cháy chính và cải thiện hiệu quả, các chất hiệp đồng là cần thiết:

• Chất chống cháy phốt pho-nitơ: Lý tưởng cho hệ thống PVC không chứa halogen.
  • Amoni Polyphosphate (APP): Thúc đẩy quá trình cháy xém, tạo thành lớp cách điện trương nở.
    • Lưu ý: Sử dụng loại chịu nhiệt độ cao (ví dụ: Pha II, >280°C) để tránh phân hủy trong quá trình xử lý. Một số loại APP có thể ảnh hưởng đến độ trong suốt và khả năng chống nước.
  • Nhôm Diethylphosphinate (ADP): Hiệu quả cao, tải trọng thấp (5–20 phr), tác động tối thiểu đến tính chất, độ ổn định nhiệt tốt.
    • Nhược điểm: Chi phí cao hơn.
  • Este photphat (ví dụ: RDP, BDP, TCPP): Có chức năng như chất chống cháy dẻo.
    • Ưu điểm: Có tác dụng kép (chất làm dẻo + chất chống cháy).
    • Nhược điểm: Các phân tử nhỏ (ví dụ, TCPP) có thể di chuyển/bay hơi; RDP/BDP có hiệu quả dẻo hóa thấp hơn DOP và có thể làm giảm tính linh hoạt ở nhiệt độ thấp.
• Kẽm Borat (ZB):
  • Giá thành thấp, đa chức năng (chống cháy, ngăn khói, chống cháy than, chống nhỏ giọt). Phối hợp tốt với hệ thống ATH/MDH và hệ thống phốt pho-nitơ. Tải trọng điển hình: 3–10 phr.
• Kẽm Stannat/Hydroxy Stannat:
  • Chất ức chế khói và chất hiệp đồng chống cháy tuyệt vời, đặc biệt là đối với polyme chứa clo (ví dụ: PVC). Có thể thay thế một phần vai trò hiệp đồng của antimon. Tải trọng điển hình: 2–8 phr.
• Hợp chất Molypden (ví dụ, MoO₃, Amoni Molybdate):
  • Chất ức chế khói mạnh kết hợp với chất chống cháy. Tải trọng điển hình: 2–5 phr.
• Chất độn nano (ví dụ: Nanoclay):
  • Tải trọng thấp (3–8 phr) cải thiện khả năng chống cháy (hình thành than, giảm tốc độ giải phóng nhiệt) và các tính chất cơ học. Sự phân tán là rất quan trọng.

3. Thuốc ức chế khói

PVC tạo ra nhiều khói trong quá trình cháy. Các công thức không chứa halogen thường yêu cầu khử khói. Kẽm borat, kẽm stannat và các hợp chất molypden là những lựa chọn tuyệt vời.

Công thức chống cháy không chứa halogen được đề xuất (Dựa trên công thức ban đầu của khách hàng)

Mục tiêu: Đạt tiêu chuẩn UL94 V-0 (dày hơn 1,6 mm) trong khi vẫn duy trì độ mềm, khả năng gia công và các đặc tính chính.

Giả định:

• Công thức gốc:
  • DOP: 50–70 phr (chất hóa dẻo).
  • ST: Có thể là axit stearic (chất bôi trơn).
  • HICOAT-410: Chất ổn định Ca/Zn.
  • BZ-500: Có thể là chất bôi trơn/chất hỗ trợ chế biến (để xác nhận).
  • EPOXY: Dầu đậu nành epoxy hóa (chất đồng ổn định/chất dẻo).
  • Antimon: Sb₂O₃ (cần loại bỏ).

1. Khung công thức được khuyến nghị (trên 100 phr nhựa PVC)

2. Công thức ví dụ (Yêu cầu tối ưu hóa)

Các bước triển khai quan trọng

1. Xác nhận thông tin chi tiết về nguyên liệu thô:
   • Làm rõ danh tính hóa học củaBZ-500VàST(tham khảo bảng dữ liệu của nhà cung cấp).
   • Xác minh tải trọng chính xác củaDOP,EPOXY, VàHICOAT-410.
   • Xác định yêu cầu của khách hàng: Mục tiêu chống cháy (ví dụ: độ dày UL94), độ mềm (độ cứng), ứng dụng (ô tô, đồ nội thất, túi xách?), nhu cầu đặc biệt (chống lạnh, ổn định tia UV, chống mài mòn?), giới hạn chi phí.
2. Chọn các loại vật liệu chống cháy cụ thể:
   • Yêu cầu các mẫu chất chống cháy không chứa halogen được thiết kế riêng cho da PVC từ các nhà cung cấp.
   • Ưu tiên xử lý bề mặt ATH/MDH để phân tán tốt hơn.
   • Đối với APP, hãy sử dụng loại vật liệu chịu nhiệt độ cao.
   • Đối với este phosphate, nên sử dụng RDP/BDP thay vì TCPP để giảm độ di chuyển.
3. Kiểm tra và tối ưu hóa quy mô phòng thí nghiệm:
   • Chuẩn bị các mẻ nhỏ với tải trọng khác nhau (ví dụ, điều chỉnh tỷ lệ MDH/APP/ZB/ZS).
   • Trộn: Sử dụng máy trộn tốc độ cao (ví dụ: Henschel) để phân tán đều. Cho chất lỏng (chất hóa dẻo, chất ổn định) vào trước, sau đó mới đến bột.
   • Thử nghiệm gia công: Thử nghiệm trên thiết bị sản xuất (ví dụ: máy trộn Banbury + máy cán). Theo dõi thời gian hóa dẻo, độ nhớt nóng chảy, mô-men xoắn, chất lượng bề mặt.
   • Kiểm tra hiệu suất:
     • Chống cháy: UL94, LOI.
     • Tính chất cơ học: Độ cứng (Shore A), độ bền kéo, độ giãn dài.
     • Độ mềm/cảm giác khi cầm: Kiểm tra chủ quan + độ cứng.
     • Độ dẻo ở nhiệt độ thấp: Thử uốn nguội.
     • Độ ổn định nhiệt: Thử nghiệm đỏ Congo.
     • Ngoại quan: Màu sắc, độ bóng, độ nổi.
     • (Tùy chọn) Mật độ khói: Buồng khói NBS.
4. Khắc phục sự cố và cân bằng:

5. Thử nghiệm & Sản xuất: Sau khi tối ưu hóa trong phòng thí nghiệm, tiến hành thử nghiệm thí điểm để kiểm tra tính ổn định, tính nhất quán và chi phí. Chỉ mở rộng quy mô sau khi đã được thẩm định.

Phần kết luận

Việc chuyển đổi từ da PVC chống cháy gốc antimon sang da PVC chống cháy không chứa halogen là khả thi nhưng đòi hỏi sự phát triển có hệ thống. Phương pháp cốt lõi kết hợp các hydroxit kim loại (tốt nhất là MDH đã xử lý bề mặt), chất hiệp đồng phốt pho-nitơ (APP hoặc ADP) và chất ức chế khói đa chức năng (kẽm borat, kẽm stannat). Đồng thời, việc tối ưu hóa các chất hóa dẻo, chất ổn định, chất bôi trơn và chất hỗ trợ chế biến là rất quan trọng.

Chìa khóa thành công:

1. Xác định mục tiêu và ràng buộc rõ ràng (khả năng chống cháy, tính chất, chi phí).
2. Chọn chất chống cháy không chứa halogen đã được chứng minh (chất độn được xử lý bề mặt, APP chịu nhiệt độ cao).
3. Tiến hành thử nghiệm phòng thí nghiệm nghiêm ngặt (khả năng chống cháy, tính chất, quy trình xử lý).
4. Đảm bảo quá trình trộn đều và tương thích.

   More info., you can contact lucy@taifeng-fr.com