English

Nieuws

Formuleringsconversie voor halogeenvrij vlamvertragend PVC-leer

Formuleringsconversie voor halogeenvrij vlamvertragend PVC-leer

Invoering

De klant produceert vlamvertragend PVC-leer en gebruikte voorheen antimoontrioxide (Sb₂O₃). Ze willen nu Sb₂O₃ elimineren en overstappen op halogeenvrije vlamvertragers. De huidige formule omvat PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 en antimoon. De overstap van een antimoongebaseerde PVC-leerformule naar een halogeenvrij vlamvertragend systeem is een aanzienlijke technologische upgrade. Deze overstap voldoet niet alleen aan de steeds strengere milieuvoorschriften (bijv. RoHS, REACH), maar versterkt ook het 'groene' imago en de concurrentiepositie van het product.

Belangrijkste uitdagingen

  1. Verlies van synergetisch effect:
    • Sb₂O₃ is op zichzelf geen sterke vlamvertrager, maar vertoont uitstekende synergetische vlamvertragende effecten met chloor in PVC, wat de efficiëntie aanzienlijk verbetert. Het verwijderen van antimoon vereist het vinden van een alternatief halogeenvrij systeem dat deze synergie evenaart.
  2. Vlamvertragende efficiëntie:
    • Halogeenvrije vlamvertragers vereisen vaak hogere belastingen om gelijkwaardige vlamvertragende classificaties te bereiken (bijv. UL94 V-0), wat van invloed kan zijn op de mechanische eigenschappen (zachtheid, treksterkte, rek), verwerkingsprestaties en kosten.
  3. Eigenschappen van PVC-leer:
    • PVC-leer vereist uitstekende zachtheid, handgevoel, oppervlakteafwerking (reliëf, glans), weersbestendigheid, migratieweerstand en flexibiliteit bij lage temperaturen. De nieuwe formule moet deze eigenschappen behouden of er nauw bij aansluiten.
  4. Verwerkingsprestaties:
    • Een hoge dosering halogeenvrije vulstoffen (bijv. ATH) kan de smeltvloei en de verwerkingsstabiliteit beïnvloeden.
  5. Kostenoverwegingen:
    • Sommige halogeenvrije vlamvertragers met een hoog rendement zijn duur, waardoor een evenwicht tussen prestatie en kosten noodzakelijk is.

Selectiestrategie voor halogeenvrije vlamvertragende systemen (voor PVC-kunstleer)

1. Primaire vlamvertragers – Metaalhydroxiden

  • Aluminiumtrihydroxide (ATH):
    • Meest voorkomend, kosteneffectief.
    • Mechanisme: Endotherme ontleding (~200°C), waarbij waterdamp vrijkomt om brandbare gassen en zuurstof te verdunnen en tegelijkertijd een beschermende oppervlaktelaag te vormen.
    • Nadelen: Lage efficiëntie, hoge benodigde belasting (40–70 phr), vermindert de zachtheid, rek en verwerkbaarheid aanzienlijk; de ontledingstemperatuur is laag.
  • Magnesiumhydroxide (MDH):
    • Hogere ontledingstemperatuur (~340°C), beter geschikt voor PVC-verwerking (160–200°C).
    • Nadelen: vergelijkbare hoge belasting (40–70 phr) nodig; iets hogere kosten dan ATH; mogelijk hogere vochtabsorptie.

Strategie:

  • Geef de voorkeur aan MDH of een ATH/MDH-mengsel (bijv. 70/30) om een ​​evenwicht te vinden tussen kosten, aanpassingsvermogen aan de verwerkingstemperatuur en brandvertraging.
  • Oppervlaktebehandelde (bijvoorbeeld silaan-gekoppelde) ATH/MDH verbetert de compatibiliteit met PVC, vermindert de aantasting van eigenschappen en verbetert de brandvertraging.

2. Vlamvertragende synergisten

Om de primaire vlamvertragende belasting te verminderen en de efficiëntie te verbeteren, zijn synergisten essentieel:

  • Fosfor-stikstof vlamvertragers: Ideaal voor halogeenvrije PVC-systemen.
    • Ammoniumpolyfosfaat (APP): Bevordert verkoling en vormt een intumescerende isolatielaag.
      • Let op: Gebruik hittebestendige kwaliteiten (bijv. Fase II, >280 °C) om ontleding tijdens de verwerking te voorkomen. Sommige APP's kunnen de transparantie en waterbestendigheid beïnvloeden.
    • Aluminiumdiethylfosfinaat (ADP): Zeer efficiënt, lage belasting (5–20 phr), minimale impact op eigenschappen, goede thermische stabiliteit.
      • Nadeel: Hogere kosten.
    • Fosfaatesters (bijv. RDP, BDP, TCPP): functioneren als plastificerende vlamvertragers.
      • Voordelen: Dubbele rol (weekmaker + vlamvertrager).
      • Nadelen: Kleine moleculen (bijv. TCPP) kunnen migreren/vervluchtigen; RDP/BDP hebben een lagere weekmakingsefficiëntie dan DOP en kunnen de flexibiliteit bij lage temperaturen verminderen.
  • Zinkboraat (ZB):
    • Goedkoop, multifunctioneel (vlamvertragend, rookonderdrukker, verkolingsbevorderaar, anti-druipmiddel). Werkt goed samen met ATH/MDH- en fosfor-stikstofsystemen. Typische belasting: 3–10 phr.
  • Zinkstannaat/Hydroxystannaat:
    • Uitstekende rookonderdrukkers en vlamvertragende synergisten, met name voor chloorhoudende polymeren (bijv. PVC). Kan de synergetische rol van antimoon gedeeltelijk vervangen. Typische belasting: 2–8 phr.
  • Molybdeenverbindingen (bijv. MoO₃, ammoniummolybdaat):
    • Sterke rookonderdrukkers met vlamvertragende synergie. Typische belasting: 2–5 phr.
  • Nanovulstoffen (bijv. nanoklei):
    • Lage ladingen (3-8 phr) verbeteren de vlamvertraging (verkoling, verminderde warmteafgifte) en mechanische eigenschappen. Dispersie is cruciaal.

3. Rookonderdrukkers

PVC produceert zware rook tijdens de verbranding. Halogeenvrije samenstellingen vereisen vaak rookonderdrukking. Zinkboraat, zinkstannaat en molybdeenverbindingen zijn uitstekende keuzes.

Voorgestelde halogeenvrije vlamvertragende formule (gebaseerd op de oorspronkelijke formule van de klant)

Doel: UL94 V-0 (1,6 mm of dikker) bereiken met behoud van zachtheid, verwerkbaarheid en belangrijke eigenschappen.

Aannames:

  • Oorspronkelijke formulering:
    • DOP: 50–70 phr (weekmaker).
    • ST: Waarschijnlijk stearinezuur (smeermiddel).
    • HICOAT-410: Ca/Zn-stabilisator.
    • BZ-500: Waarschijnlijk een smeermiddel/verwerkingshulpmiddel (ter bevestiging).
    • EPOXY: Geëpoxideerde sojaolie (co-stabilisator/weekmaker).
    • Antimoon: Sb₂O₃ (moet verwijderd worden).

1. Aanbevolen formuleringskader (per 100 phr PVC-hars)

Onderdeel Functie Laden (phr) Notities
PVC-hars Basispolymeer 100 Middelhoog/hoog moleculair gewicht voor evenwichtige verwerking/eigenschappen.
Primaire weekmaker Zachtheid 40–60 Optie A (kosten-/prestatiebalans): Gedeeltelijke fosfaatester (bijv. RDP/BDP, 10-20 phr) + DOTP/DINP (30-50 phr). Optie B (lagetemperatuurprioriteit): DOTP/DINP (50-70 phr) + efficiënte PN-vlamvertrager (bijv. ADP, 10-15 phr). Doel: De oorspronkelijke zachtheid evenaren.
Primaire vlamvertrager Vlamvertraging, rookonderdrukking 30–50 Oppervlaktebehandeld MDH of MDH/ATH-mengsel (bijv. 70/30). Hoge zuiverheid, fijne deeltjesgrootte, oppervlaktebehandeld. Pas de belading aan op de beoogde vlamvertraging.
PN Synergist Hoge efficiëntie vlamvertraging, verkoling bevorderend 10–20 Keuze 1: Hoge-temperatuur APP (fase II). Keuze 2: ADP (hogere efficiëntie, lagere belasting, hogere kosten). Keuze 3: Fosfaatesterweekmakers (RDP/BDP) – aanpassen indien al als weekmaker gebruikt.
Synergist/Rookonderdrukker Verbeterde vlamvertraging, rookreductie 5–15 Aanbevolen combinatie: zinkboraat (5-10 phr) + zinkstannaat (3-8 phr). Optioneel: MoO₃ (2-5 phr).
Ca/Zn-stabilisator (HICOAT-410) Thermische stabiliteit 2.0–4.0 Belangrijk! Een iets hogere belasting kan nodig zijn in vergelijking met Sb₂O₃-formuleringen.
Geëpoxideerde sojaolie (EPOXY) Co-stabilisator, weekmaker 3.0–8.0 Bewaren voor stabiliteit en prestaties bij lage temperaturen.
Smeermiddelen Verwerkingshulpmiddel, vormlosmiddel 1,0–2,5 ST (stearinezuur): 0,5–1,5 phr. BZ-500: 0,5–1,0 phr (aanpassen op basis van functie). Optimaliseren voor hoge vulstofgehaltes.
Verwerkingshulpmiddel (bijv. ACR) Smeltsterkte, vloei 0,5–2,0 Essentieel voor formuleringen met een hoog vulgehalte. Verbetert de oppervlakteafwerking en productiviteit.
Andere additieven Indien nodig – Kleurstoffen, UV-stabilisatoren, biociden, etc.

2. Voorbeeldformulering (vereist optimalisatie)

Onderdeel Type Laden (phr)
PVC-hars K-waarde ~65–70 100.0
Primaire weekmaker DOTP/DINP 45.0
Fosfaat Ester Weekmaker RDP 15.0
Oppervlaktebehandelde MDH – 40.0
Hoge-temperatuur APP Fase II 12.0
Zinkboraat ZB 8.0
Zinkstannaat ZS 5.0
Ca/Zn-stabilisator HICOAT-410 3.5
Geëpoxideerde sojaolie EPOXY 5.0
Stearinezuur ST 1.0
BZ-500 Smeermiddel 1.0
ACR-verwerkingshulpmiddel – 1,5
Kleurstoffen, enz. – Indien nodig

Kritieke implementatiestappen

  1. Bevestig grondstofdetails:
    • Verduidelijk de chemische identiteiten vanBZ-500EnST(raadpleeg de datasheets van de leverancier).
    • Controleer de exacte ladingen vanDOP,EPOXY, EnHICOAT-410.
    • Definieer de eisen van de klant: gewenste vlamvertraging (bijv. UL94-dikte), zachtheid (hardheid), toepassing (automobielindustrie, meubels, tassen?), speciale behoeften (koudebestendigheid, UV-bestendigheid, slijtvastheid?) en kostenlimieten.
  2. Selecteer specifieke vlamvertragende kwaliteiten:
    • Vraag halogeenvrije vlamvertragersamples op maat voor PVC-leer aan bij leveranciers.
    • Geef prioriteit aan oppervlaktebehandelde ATH/MDH voor een betere verspreiding.
    • Gebruik voor APP hittebestendige kwaliteiten.
    • Voor fosfaatesters is RDP/BDP beter dan TCPP vanwege de lagere migratie.
  3. Testen en optimalisatie op laboratoriumschaal:
    • Bereid kleine batches met wisselende beladingen (pas bijvoorbeeld de MDH/APP/ZB/ZS-verhoudingen aan).
    • Mengen: Gebruik hogesnelheidsmengers (bijv. Henschel) voor een gelijkmatige dispersie. Voeg eerst de vloeistoffen (weekmakers, stabilisatoren) toe en daarna de poeders.
    • Verwerkingsproeven: Testen op productieapparatuur (bijv. Banbury-menger + kalandeermachine). Bewaken van plastificatietijd, smeltviscositeit, koppel en oppervlaktekwaliteit.
    • Prestatietesten:
      • Vlamvertragend: UL94, LOI.
      • Mechanische eigenschappen: Hardheid (Shore A), treksterkte, rek.
      • Zachtheid/handgevoel: subjectieve + hardheidstesten.
      • Flexibiliteit bij lage temperaturen: koude buigtest.
      • Thermische stabiliteit: Congo-roodtest.
      • Uiterlijk: Kleur, glans, reliëf.
      • (Optioneel) Rookdichtheid: NBS-rookkamer.
  4. Probleemoplossing en balanceren:
Probleem Oplossing
Onvoldoende vlamvertraging Verhoog MDH/ATH of APP; voeg ADP toe; optimaliseer ZB/ZS; zorg voor spreiding.
Slechte mechanische eigenschappen (bijvoorbeeld lage rek) Verminder MDH/ATH; verhoog PN-synergist; gebruik oppervlaktebehandelde vulstoffen; pas weekmakers aan.
Verwerkingsproblemen (hoge viscositeit, slecht oppervlak) Optimaliseer smeermiddelen, verhoog de ACR, controleer de menging en pas temperaturen/snelheden aan.
Hoge kosten Optimaliseer de belasting; gebruik kosteneffectieve ATH/MDH-mengsels; evalueer alternatieven.
  1. Pilot & Productie: Voer na optimalisatie in het lab pilotproeven uit om de stabiliteit, consistentie en kosten te verifiëren. Schaal pas op na validatie.

Conclusie

De overstap van antimoongebaseerd naar halogeenvrij vlamvertragend PVC-leer is haalbaar, maar vereist een systematische ontwikkeling. De kernaanpak combineert metaalhydroxiden (bij voorkeur oppervlaktebehandeld MDH), fosfor-stikstofsynergisten (APP of ADP) en multifunctionele rookonderdrukkers (zinkboraat, zinkstannaat). Tegelijkertijd is het optimaliseren van weekmakers, stabilisatoren, smeermiddelen en verwerkingshulpmiddelen cruciaal.

Sleutels tot succes:

  1. Definieer duidelijke doelstellingen en beperkingen (brandvertraging, eigenschappen, kosten).
  2. Selecteer beproefde halogeenvrije brandvertragers (oppervlaktebehandelde vulstoffen, hittebestendige APP).
  3. Voer strenge laboratoriumtests uit (brandvertraging, eigenschappen, verwerking).
  4. Zorgt voor een gelijkmatige menging en procescompatibiliteit.

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

Plaatsingstijd: 12-08-2025
Druk op Enter om te zoeken of ESC om te sluiten