Halogeenvrije vlamvertragende formule voor TPU-coatingsysteem met DMF-oplosmiddel

Halogeenvrije vlamvertragende formule voor TPU-coatingsysteem met DMF-oplosmiddel

Voor TPU-coatingsystemen met dimethylformamide (DMF) als oplosmiddel vereist het gebruik van aluminiumhypofosfiet (AHP) en zinkboraat (ZB) als vlamvertragers een systematische evaluatie. Hieronder vindt u een gedetailleerde analyse en implementatieplan:

I. Haalbaarheidsanalyse van aluminiumhypofosfiet (AHP)

1. Vlamvertragend mechanisme en voordelen

• Mechanisme:
• Ontleedt bij hoge temperaturen, waarbij fosforzuur en metafosforzuur ontstaan, waardoor verkooling in TPU (gecondenseerde fase vlamvertrager) wordt bevorderd.
• Maakt PO· radicalen vrij om verbrandingsketenreacties te onderbreken (vlamvertraging in de gasfase).
• Voordelen:
• Halogeenvrij, lage rookontwikkeling, lage toxiciteit, voldoet aan RoHS/REACH.
• Goede thermische stabiliteit (ontledingstemperatuur ≈300°C), geschikt voor TPU-droogprocessen (meestal <150°C).

2. Toepassingsuitdagingen en oplossingen

3. Aanbevolen formulering en proces

• Voorbeeldformulering:
• TPU/DMF-basis: 100 phr
• Oppervlaktegemodificeerde AHP: 20 phr
• Zinkboraat (ZB): 5 phr (synergie voor rookonderdrukking)
• Dispergeermiddel (BYK-110): 1,5 phr
• Belangrijkste punten van het proces:
• Meng AHP vooraf met dispergeermiddel en gedeeltelijk DMF onder hoge schuifkracht (≥3000 rpm, 30 min), meng vervolgens met TPU-slurry.
• Drogen na het coaten: 120-150°C, verleng de tijd met 10% om volledige verdamping van DMF te garanderen.

II. Haalbaarheidsanalyse van zinkboraat (ZB)

1. Vlamvertragend mechanisme en voordelen

• Mechanisme:
• Vormt bij hoge temperaturen een B₂O₃-glaslaag, waardoor zuurstof en hitte worden geblokkeerd (vlamvertraging in gecondenseerde fase).
• Geeft gebonden water (~13%) vrij, waardoor brandbare gassen worden verdund en het systeem wordt gekoeld.
• Voordelen:
• Sterk synergetisch effect met AHP of aluminiumtrihydroxide (ATH).
• Uitstekende rookonderdrukking, ideaal voor toepassingen met een lage rookontwikkeling.

2. Toepassingsuitdagingen en oplossingen

3. Aanbevolen formulering en proces

• Voorbeeldformulering:
• TPU/DMF-basis: 100 phr
• Nano-formaat ZB: 8 phr
• AHP: 15 phr
• Bevochtigingsmiddel (Tego 750W): 1 phr
• Belangrijkste punten van het proces:
• Dispergeer ZB vooraf in DMF door middel van parelmalen (deeltjesgrootte ≤ 2 μm) voordat u het mengt met TPU-slurry.
• Verleng de droogtijd (bijv. 30 min.) om te voorkomen dat restvocht de brandvertragende werking beïnvloedt.

III. Synergetische evaluatie van het AHP + ZB-systeem

1. Synergetische vlamvertragende effecten

• Synergie van gasfase en gecondenseerde fase:
• AHP levert fosfor voor verkoling, terwijl ZB de verkoolde laag stabiliseert en nagloeiing onderdrukt.
• Gecombineerde LOI: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) haalbaar.
• Rookonderdrukking:
• ZB vermindert de rookemissie met >50% (Cone Calorimeter-test).

2. Aanbevelingen voor prestatiebalans

• Compensatie van mechanische eigenschappen:
• Voeg 2-3% TPU-weekmaker (bijv. polycaprolactonpolyol) toe om de flexibiliteit te behouden (rek > 300%).
• Gebruik ultrafijne poeders (AHP/ZB <2μm) om het verlies aan treksterkte te minimaliseren.
• Processtabiliteitscontrole:
• Houd de viscositeit van de slurry op 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindel 4, 20 tpm) voor een gelijkmatige coating.

IV. Vergelijking met vloeibare vlamvertragers op basis van oplosmiddelen

V. Aanbevolen implementatiestappen

1. Testen op laboratoriumschaal:

• Evalueer AHP/ZB afzonderlijk en in combinatie (gradiëntbelasting: 10%, 15%, 20%).
• Beoordeel de stabiliteit van de dispersie (geen sedimentatie na 24 uur), veranderingen in de viscositeit en de uniformiteit van de coating.

1. Validatie op pilotschaal:

• Optimaliseer de droogomstandigheden (tijd/temperatuur) en test de vlamvertraging (UL94, LOI) en mechanische eigenschappen.
• Kosten vergelijken: als AHP+ZB de kosten met >30% verlaagt ten opzichte van vloeibare FR's, is het economisch haalbaar.

1. Voorbereiding op opschaling:

• Werk samen met leveranciers om vooraf gedispergeerde AHP/ZB-masterbatches (op basis van DMF) te ontwikkelen voor vereenvoudigde productie.

VI. Conclusie

Met gecontroleerde dispersieprocessen kunnen AHP en ZB dienen als effectieve vlamvertragers voor TPU/DMF-coatings, op voorwaarde dat:

1. Oppervlaktemodificatie + hoge-schuifdispersiewordt toegepast om deeltjesagglomeratie te voorkomen.
2. AHP (primair) + ZB (synergist)evenwicht vindt tussen efficiëntie en kosten.
3. Voorhoge transparantie/flexibiliteitvereisten, blijven vloeibare fosfor-stikstof vlamvertragers (bijv. Levagard 4090N) de voorkeur verdienen.

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

Email: lucy@taifeng-fr.com