Referentieformulering voor vlamvertragende masterbatch van PVC
Ontwerp en optimalisatie van vlamvertragende masterbatchformuleringen voor PVC, met gebruikmaking van bestaande vlamvertragers en belangrijke synergetische componenten, gericht op UL94 V0 vlamvertragendheid (aanpasbaar naar V2 door de hoeveelheid additieven te verminderen).
I. Aanbeveling voor basisformule (stijf PVC)
Formulering van vlamvertragende kunststof:
| component | Belading (gewichts%) | Functiebeschrijving |
|---|---|---|
| PVC-hars (type SG-5) | 40-50% | Matrixmateriaal, bij voorkeur van een kwaliteit met een lage olieabsorptie. |
| Aluminiumhypofosfiet | 12-15% | Zuurbron voor koolstofvorming, onderdrukt nagloeien |
| Zinkboraat | 8-10% | Synergetische rookonderdrukking, reageert met HCl afkomstig van PVC-ontleding. |
| Oppervlaktegemodificeerd aluminiumhydroxide | 10-12% | Endotherme koeling vereist een coating met een silaan-koppelingsmiddel (ontledingstemperatuur komt overeen met de PVC-verwerkingstemperatuur). |
| Antimoonoxide (Sb₂O₃) | 3-5% | Kernsynergist, verbetert de vlamvertragende werking via Cl-Sb-synergie. |
| Zinkmolybdaat (rookonderdrukker) | 5-8% | Aanbevolen additief, vermindert de rookdichtheid (essentieel voor naleving van DIN 4102). |
| Dipentaerythritol (DPE) | 2-3% | Hulpmiddel voor verkooling, verbetert de beheersing van smeltdruppels |
| Thermische stabilisator (Ca-Zn-composiet) | 3-4% | Essentieel om thermische degradatie tijdens de verwerking te voorkomen. |
| Weekmaker (DOP of milieuvriendelijk alternatief) | 0-8% | Aanpassen voor hardheid (optioneel voor hard PVC) |
| Smeermiddel (calciumstearaat) | 1-1,5% | Verbetert de verwerkbaarheid en voorkomt dat de rol vastplakt. |
| Verwerkingshulpmiddel (ACR) | 1-2% | Verbetert de plastificatie en de dispersie van de masterbatch. |
II. Belangrijkste optimalisatieprincipes
- Vlamvertragend Synergiesysteem
- Cl-Sb-synergie: Het van nature aanwezige chloor (56%) van PVC, gecombineerd met 3-5% Sb₂O₃, vormt een SbCl₃-barrière, waardoor vlamvertraging in zowel de gasfase als de gecondenseerde fase mogelijk is.
- Rookonderdrukking: Zinkmolybdaat + zinkboraat vermindert de rookdichtheid met >40% (ASTM E662).
- Verbetering van de koolstofvorming: Aluminiumhypofosfiet + DPE genereert verknoopte fosforesterkoolstof bij 200-250 °C, waardoor het koolstoftekort in de beginfase van PVC wordt gecompenseerd.
- Verwerkingsaanpassingsvermogen
- Temperatuuraanpassing: Aluminiumhypofosfiet (ontleding ≥250°C) en oppervlaktegemodificeerd Al(OH)₃ (stabiel tot >200°C) zijn geschikt voor PVC-verwerking (160–190°C).
- Stabiliteitsgarantie: Ca-Zn-stabilisatoren voorkomen harsdegradatie door HCl-afgifte; ACR bevordert plastificatie in systemen met een hoog vulstofgehalte.
- Prestatiebalans
- Totale vlamvertragende belasting: 35–45%, behoud van treksterkte ≥80% (typisch ≥40 MPa voor hard PVC).
- Voor flexibiliteit (flexibel PVC) vervangt u DOP door 8% geëpoxyleerde sojaolie (dubbele weekmaker/vlamvertrager).
III. Test- en validatiemetrieken
Brandvertragendheid:
- UL94 V0 (1,6 mm dikte)
- Limiterende zuurstofindex (LOI) ≥32%
Rookbeheersing:
- NBS-rookkamertest: Maximale specifieke optische dichtheidDs≤150 (vlammende modus)
Mechanische eigenschappen:
- Treksterkte ≥35 MPa (stijf), rek bij breuk ≥200% (flexibel)
Thermische stabiliteit:
- DMA bevestigt dat er geen modulusdaling optreedt bij 180 °C.
IV. Kosten- en milieuvriendelijke aanpassingen
Voordelig alternatief:
- Verlaag het zinkmolybdaatgehalte tot 3% en vervang Al(OH)₃ gedeeltelijk door Mg(OH)₂ (verhoog het tot 15%).
Antimoonvrije oplossing:
- Verwijder Sb₂O₃ en gebruik 2% aluminiumdiethylfosfinaat + 5% nano-kaolien (iets lagere efficiëntie; vereist een dikte van 3 mm voor V0).
Rookprioriteit:
- Voeg 1% met siliconenhars gecoat roet toe om de rookdichtheid met nog eens 15% te verlagen.
V. Verwerkingsrichtlijnen
- Mengvolgorde:
PVC-hars → stabilisator + smeermiddel → vlamvertragers (van lage naar hoge dichtheid) → weekmaker (wordt als laatste toegevoegd tijdens het spuiten). - Verwerkingstemperaturen:
Zones van de dubbelschroefextruder: 160°C (toevoer) → 170°C (smelten) → 180°C (mengen) → 175°C (matrijskop). - Masterbatchconcentratie:
Aanbevolen vulgraad: 50%; verdunnen 1:1 met nieuw PVC voor spuitgieten.
Deze formule biedt een goede balans tussen hoge brandvertragendheid, lage rookontwikkeling en verwerkingsstabiliteit. Het wordt aanbevolen om eerst kleinschalige proeven uit te voeren alvorens op grotere schaal te produceren, waarbij aanpassingen kunnen worden gedaan op basis van de productvorm (platen, kabels, enz.).
More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com
Geplaatst op: 8 juli 2025
