Công thức chống cháy không chứa halogen cho hệ thống phủ TPU sử dụng dung môi DMF
Đối với hệ thống phủ TPU sử dụng Dimethyl Formamide (DMF) làm dung môi, việc sử dụng nhôm hypophosphite (AHP) và kẽm borat (ZB) làm chất chống cháy cần được đánh giá một cách có hệ thống. Dưới đây là phân tích chi tiết và kế hoạch triển khai:
I. Phân tích khả thi của nhôm hypophotphite (AHP)
1. Cơ chế chống cháy và ưu điểm
- Cơ chế:
- Phân hủy ở nhiệt độ cao tạo ra axit photphoric và metaphosphoric, thúc đẩy quá trình hình thành than trong TPU (chất chống cháy pha ngưng tụ).
- Giải phóng các gốc PO· để làm gián đoạn các phản ứng dây chuyền đốt cháy (chống cháy pha khí).
- Thuận lợi:
- Không chứa halogen, ít khói, ít độc tính, tuân thủ RoHS/REACH.
- Độ ổn định nhiệt tốt (nhiệt độ phân hủy ≈300°C), phù hợp với quy trình sấy TPU (thường <150°C).
2. Thách thức và giải pháp ứng dụng
| Thử thách | Giải pháp |
| Phân tán kém trong DMF | Sử dụng AHP biến tính bề mặt (ví dụ: chất liên kết silane KH-550). Quy trình phân tán trước: AHP nghiền bi với DMF và chất phân tán (ví dụ: BYK-110) đến kích thước hạt <5μm. |
| Yêu cầu tải cao (20-30%) | Sự kết hợp hiệp đồng với ZB hoặc melamine cyanurate (MCA) để giảm tổng lượng tải xuống còn 15-20%. |
| Độ trong suốt của lớp phủ giảm | Sử dụng AHP kích thước nano (kích thước hạt <1μm) hoặc trộn với chất chống cháy trong suốt (ví dụ: phốt phát hữu cơ). |
3. Công thức và quy trình được đề xuất
- Công thức ví dụ:
- Đế TPU/DMF: 100 phr
- AHP biến đổi bề mặt: 20 phr
- Kẽm borat (ZB): 5 phr (tác dụng hiệp đồng ngăn khói)
- Chất phân tán (BYK-110): 1,5 phr
- Các điểm chính của quy trình:
- Trộn trước AHP với chất phân tán và một phần DMF dưới lực cắt cao (≥3000 vòng/phút, 30 phút), sau đó trộn với hỗn hợp TPU.
- Sấy sau khi phủ: 120-150°C, kéo dài thời gian thêm 10% để đảm bảo DMF bay hơi hoàn toàn.
II. Phân tích khả thi của Kẽm Borat (ZB)
1. Cơ chế chống cháy và ưu điểm
- Cơ chế:
- Tạo thành lớp thủy tinh B₂O₃ ở nhiệt độ cao, ngăn chặn oxy và nhiệt (chống cháy pha ngưng tụ).
- Giải phóng nước liên kết (~13%), làm loãng khí dễ cháy và làm mát hệ thống.
- Thuận lợi:
- Hiệu ứng hiệp đồng mạnh với AHP hoặc nhôm trihydroxide (ATH).
- Khả năng ngăn khói tuyệt vời, lý tưởng cho các ứng dụng ít khói.
2. Thách thức và giải pháp ứng dụng
| Thử thách | Giải pháp |
| Độ ổn định phân tán kém | Sử dụng ZB kích thước nano (<500nm) và chất làm ướt (ví dụ: TegoDispers 750W). |
| Hiệu quả chống cháy thấp (cần tải trọng cao) | Sử dụng như chất hiệp đồng (5-10%) với chất chống cháy chính (ví dụ: AHP hoặc phốt pho hữu cơ). |
| Giảm độ linh hoạt của lớp phủ | Bù trừ bằng chất hóa dẻo (ví dụ: DOP hoặc polyol polyester). |
3. Công thức và quy trình được đề xuất
- Công thức ví dụ:
- Đế TPU/DMF: 100 phr
- ZB kích thước nano: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Chất làm ướt (Tego 750W): 1 phr
- Các điểm chính của quy trình:
- Phân tán trước ZB trong DMF thông qua quá trình nghiền hạt (kích thước hạt ≤2μm) trước khi trộn với hỗn hợp TPU.
- Kéo dài thời gian sấy (ví dụ: 30 phút) để tránh độ ẩm còn sót lại ảnh hưởng đến khả năng chống cháy.
III. Đánh giá tác động hiệp đồng của hệ thống AHP + ZB
1. Hiệu ứng chống cháy hiệp đồng
- Sự phối hợp giữa pha khí và pha ngưng tụ:
- AHP cung cấp phốt pho để đốt cháy, trong khi ZB ổn định lớp than và ngăn chặn hiện tượng phát quang.
- LOI kết hợp: 28-30%, có thể đạt được UL94 V-0 (1,6mm).
- Chống khói:
- ZB giúp giảm lượng khói thải >50% (Thử nghiệm nhiệt lượng kế hình nón).
2. Khuyến nghị cân bằng hiệu suất
- Bồi thường tài sản cơ khí:
- Thêm 2-3% chất dẻo TPU (ví dụ, polycaprolactone polyol) để duy trì độ mềm dẻo (độ giãn dài >300%).
- Sử dụng bột siêu mịn (AHP/ZB <2μm) để giảm thiểu tổn thất độ bền kéo.
- Kiểm soát độ ổn định của quy trình:
- Duy trì độ nhớt của bùn ở mức 2000-4000 cP (Brookfield RV, trục chính 4, 20 vòng/phút) để có lớp phủ đồng đều.
IV. So sánh với chất chống cháy dạng lỏng gốc dung môi
| Tham số | Hệ thống AHP + ZB | Phốt pho-Nitơ lỏng FR (ví dụ Levagard 4090N) |
| Đang tải | 20-30% | 15-25% |
| Độ khó phân tán | Yêu cầu xử lý trước (cắt cao/sửa đổi bề mặt) | Hòa tan trực tiếp, không cần phân tán |
| Trị giá | Thấp (~$3-5/kg) | Cao (~$10-15/kg) |
| Tác động môi trường | Không chứa halogen, độc tính thấp | Có thể chứa halogen (tùy thuộc vào sản phẩm) |
| Độ trong suốt của lớp phủ | Bán trong suốt đến mờ đục | Độ trong suốt cao |
V. Các bước thực hiện được đề xuất
- Kiểm tra quy mô phòng thí nghiệm:
- Đánh giá AHP/ZB riêng lẻ và kết hợp (tải trọng gradient: 10%, 15%, 20%).
- Đánh giá độ ổn định phân tán (không lắng đọng sau 24 giờ), sự thay đổi độ nhớt và tính đồng nhất của lớp phủ.
- Xác thực quy mô thí điểm:
- Tối ưu hóa điều kiện sấy (thời gian/nhiệt độ) và thử nghiệm khả năng chống cháy (UL94, LOI) và các tính chất cơ học.
- So sánh chi phí: Nếu AHP+ZB giảm chi phí >30% so với FR dạng lỏng thì khả thi về mặt kinh tế.
- Chuẩn bị mở rộng quy mô:
- Hợp tác với các nhà cung cấp để phát triển hỗn hợp masterbatch AHP/ZB phân tán sẵn (dựa trên DMF) giúp đơn giản hóa quá trình sản xuất.
VI. Kết luận
Với quy trình phân tán được kiểm soát, AHP và ZB có thể đóng vai trò là chất chống cháy hiệu quả cho lớp phủ TPU/DMF, với điều kiện:
- Sửa đổi bề mặt + phân tán cắt caođược áp dụng để ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt.
- AHP (chính) + ZB (tác nhân hiệp đồng)cân bằng giữa hiệu quả và chi phí.
- Vìđộ trong suốt/linh hoạt caoyêu cầu, FR phốt pho-nitơ lỏng (ví dụ, Levagard 4090N) vẫn được ưa chuộng hơn.
Công ty TNHH Vật liệu chống cháy mới Tứ Xuyên Taifeng (ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Thời gian đăng: 22-05-2025
