חדשות - ניתוח ואופטימיזציה של פורמולציה של חומרים מעכבי בעירה לציפויי PVC

ניתוח ואופטימיזציה של פורמולציה של חומרים מעכבי בעירה לציפויי PVC

הלקוח מייצר אוהלי PVC וצריך למרוח ציפוי מעכב בעירה. הנוסחה הנוכחית מורכבת מ-60 חלקים שרף PVC, 40 חלקים TOTM, 30 חלקים אלומיניום היפופוספיט (עם תכולת זרחן של 40%), 10 חלקים MCA, 8 חלקים אבץ בוראט, יחד עם חומרי פיזור. עם זאת, ביצועי מעכבי הבעירה ירודים, וגם פיזור מעכבי הבעירה אינו מספק. להלן ניתוח הסיבות והצעה לתיקון הנוסחה.

א. סיבות מרכזיות לעמידות בעירה נמוכה

1. מערכת מעכבי בעירה לא מאוזנת עם השפעות סינרגטיות חלשות

עודף אלומיניום היפופוספיט (30 חלקים):
למרות שהיפופוספיט מאלומיניום הוא מעכב בעירה יעיל על בסיס זרחן (40% תכולת זרחן), תוספת מוגזמת (מעל 25 חלקים) עלולה להוביל ל:
עלייה חדה בצמיגות המערכת, המקשה על הפיזור ויוצרת נקודות חמות מצטברות המאיצות את השריפה ("אפקט הפתיל").
קשיחות החומר מופחתת ופגיעה בתכונות יצירת הסרט עקב עודף חומר מילוי אנאורגני.
תכולת MCA גבוהה (10 חלקים):
MCA (מבוסס חנקן) משמש בדרך כלל כסינרגיסט. כאשר המינון עולה על 5 חלקים, הוא נוטה לנדוד אל פני השטח, להרוות את יעילות מעכבי הבעירה ועלול להפריע לחומרים מעכבי בעירה אחרים.
חוסר בסינרגיסטים מרכזיים:
בעוד שלבוראט אבץ יש השפעות מדכאות עשן, היעדר תרכובות מבוססות אנטימון (למשל, אנטימון טריאוקסיד) או תחמוצת מתכת (למשל, אלומיניום הידרוקסיד) מונע היווצרות של מערכת סינרגטית "זרחן-חנקן-אנטימון", וכתוצאה מכך עמידות בפני חוסר עמידות להבה בשלב הגז.

2. אי התאמה בין בחירת חומר פלסטי למטרות עמידות בעירה

ל-TOTM (טריאוקטיל טרימליט) יש עמידות מוגבלת לעילוי בעירה:
TOTM מצטיין בעמידות בחום אך פחות יעיל בהרבה במעכב בעירה בהשוואה לאסטרים פוספטיים (למשל, TOTP). עבור יישומים בעלי עמידות בעירה גבוהה כמו ציפויי אוהלים, TOTM אינו יכול לספק יכולות מספיקות של חריכה וחסימת חמצן.
כמות פלסטייזר כוללת לא מספקת (40 חלקים בלבד):
שרף PVC דורש בדרך כלל 60-75 חלקים של פלסטייזר לפלסטיזציה מלאה. תכולת פלסטייזר נמוכה מובילה לצמיגות גבוהה של התכה, מה שמחמיר עוד יותר את בעיות פיזור מעכבי בעירה.

3. מערכת פיזור לא יעילה המובילה לפיזור לא אחיד של מעכבי בעירה

ייתכן שהפיזור הנוכחי הוא מסוג רב-תכליתי (למשל, חומצה סטארית או שעוות PE), שאינו יעיל עבור מעכבי בעירה אנאורגניים בעלי עומס גבוה (היפופוספיט אלומיניום + בוראט אבץ בסך הכל 48 חלקים), מה שגורם ל:
הצטברות של חלקיקים מעכבי בעירה, ויוצרת נקודות תורפה מקומיות בציפוי.
זרימת התכה לקויה במהלך העיבוד, ויוצרת חום גזירה הגורם לפירוק מוקדם.

4. תאימות לקויה בין מעכבי בעירה ל-PVC

לחומרים אנאורגניים כמו אלומיניום היפופוספיט ובוראט אבץ יש הבדלים משמעותיים בקוטביות לעומת PVC. ללא שינוי פני השטח (למשל, חומרי צימוד סילאן), מתרחשת הפרדת פאזות, מה שמפחית את יעילות מעכבי הבעירה.

II. גישת עיצוב מרכזית

1. החלף את הפלסטייזר הראשוני ב-TOTP

נצלו את עמידות הבעירה הפנימית המעולה שלו (תכולת זרחן ≈9%) ואת האפקט הפלסטי שלו.

2. אופטימיזציה של יחסי מעכבי בעירה וסינרגיה

יש לשמור על אלומיניום היפופוספיט כמקור העיקרי לזרחן אך להפחית משמעותית את המינון שלו כדי לשפר את הפיזור ולמזער את "אפקט הפתיל".
שמור על אבץ בוראט כסינרגיסט מרכזי (מקדם צריבה ודיכוי עשן).
יש לשמור על MCA כסינרגיסט חנקן אך להפחית את המינון שלו כדי למנוע נדידה.
לְהַצִיגאלומיניום הידרוקסיד דק במיוחד (ATH)כרכיב רב-תכליתי:
מעכב בעירה:פירוק אנדותרמי (התייבשות), קירור ודילול של גזים דליקים.
דיכוי עשן:מפחית משמעותית את יצירת העשן.
מִלוּי:מוריד עלויות (בהשוואה למעכבי בעירה אחרים).
פיזור וזרימה משופרים (דרגה אולטרה-דקה):קל יותר לפיזור מאשר ATH קונבנציונלי, מה שממזער את עליית הצמיגות.

3. פתרונות חזקים לבעיות פיזור

להגדיל משמעותית את תכולת הפלסטייזר:יש להבטיח פלסטיזציה מלאה של ה-PVC ולהפחית את צמיגות המערכת.
השתמשו בפיזור-על יעיל במיוחד:תוכנן במיוחד עבור אבקות אנאורגניות בעלות עומס גבוה ומתקבצות בקלות (אלומיניום היפופוספיט, ATH).
אופטימיזציה של העיבוד (ערבוב מקדים הוא קריטי):יש לוודא הרטבה ופיזור יסודיים של מעכבי בעירה.

4. הבטחת יציבות עיבוד בסיסית

הוסף מספיק מייצבים חום וחומרי סיכה מתאימים.

ג. נוסחת PVC מעכבת בעירה מתוקנת

רְכִיב	סוג/פונקציה	חלקים מומלצים	הערות/נקודות אופטימיזציה
שרף PVC	שרף בסיסי	100	-
TOTP	פלסטייזר מעכב בעירה ראשוני (מקור P)	65–75	שינוי ליבה!מספק עמידות בפני בעירה פנימית מעולה ופלסטיות קריטית. מינון גבוה מבטיח הפחתת צמיגות.
אלומיניום היפופוספיט	מעכב בעירה ראשוני של זרחן (מקור חומצי)	15–20	המינון מופחת משמעותית!שומר על תפקיד הזרחן הליבה תוך הקלה על בעיות צמיגות ופיזור.
ATH אולטרה-דק	חומר מילוי מעכב בעירה/מדכא עשן/אנדותרמי	25–35	תוספת מפתח!בחרו סוגי חומרים עדינים במיוחד (D50=1–2 מיקרומטר) שעברו טיפול פני שטח (למשל, סילאן). מספקים קירור, דיכוי עשן ומילוי. דורשים פיזור חזק.
אבץ בוראט	סינרגיסט/מדכא עשן/מקדם פחם	8–12	נשמר. עובד עם P ו-Al כדי לשפר את דיכוי השריפה והעשן.
MCA	סינרגיסט חנקן (מקור גז)	4–6	המינון מופחת משמעותית!משמש רק כמקור חנקן עזר כדי למנוע נדידה.
פיזור-על יעיל במיוחד	תוסף קריטי	3.0–4.0	מומלץ: פוליאסטר, פוליאוריטן או פוליאקרילט שעבר שינוי (למשל, BYK-163, TEGO Dispers 655, Efka 4010 או SP-1082 לשימוש ביתי). המינון חייב להיות מספיק!
מייצב חום	מונע פירוק במהלך העיבוד	3.0–5.0	ממליצים על מייצבים מרוכבים יעילים במיוחד של סידן/אבץ (ידידותיים לסביבה). יש להתאים את המינון בהתאם לפעילות ולטמפרטורת העיבוד.
חומר סיכה (פנימי/חיצוני)	משפר את זרימת העיבוד, מונע הידבקות	1.0–2.0	שילוב מוצע: -פְּנִימִי:חומצה סטארית (0.3-0.5 חלקים) או אלכוהול סטאריל (0.3-0.5 חלקים) -חִיצוֹנִי:שעוות פוליאתילן מחומצנת (OPE, 0.5-1.0 חלקים) או שעוות פרפין (0.5-1.0 חלקים)
תוספים אחרים (למשל, נוגדי חמצון, מייצבי UV)	לפי הצורך	-	לשימוש באוהל חיצוני, ממליצים בחום על מייצבי קרינת UV (למשל, בנזוטריאזול, 1-2 חלקים) ונוגדי חמצון (למשל, 1010, 0.3-0.5 חלקים).

IV. הערות נוסחה ונקודות מפתח

1. TOTP הוא יסוד הליבה

65–75 חלקיםמבטיח:
פלסטיליזציה מלאה: PVC דורש פלסטייזר מספיק ליצירת שכבה רכה ורציפה.
הפחתת צמיגות: קריטי לשיפור פיזור של מעכבי בעירה אנאורגניים בעלי עומס גבוה.
מעכב בעירה פנימי: TOTP עצמו הוא פלסטייזר מעכב בעירה יעיל ביותר.

2. סינרגיה מעכבת בעירה

סינרגיה בין PNB ל-Al:אלומיניום היפופוספיט (P) + MCA (N) מספקים סינרגיה של PN בסיסי. אבץ בוראט (B, Zn) משפר את דיכוי השריפה והעשן. ATH (Al) דק במיוחד מציע קירור אנדותרמי מסיבי ודיכוי עשן. TOTP תורם גם זרחן. זה יוצר מערכת סינרגטית מרובת אלמנטים.
תפקידה של ATH:25-35 חלקים של ATH דק במיוחד תורם משמעותית לעמידות בעירה ולכיבוי עשן. הפירוק האנדותרמי שלו סופג חום, בעוד שאדי מים משתחררים מדללים חמצן וגזים דליקים.ATH דק במיוחד ועבר טיפול פני השטח הוא קריטיכדי למזער את השפעת הצמיגות ולשפר את תאימות ה-PVC.
היפופוספיט אלומיניום מופחת:הופחת מ-30 ל-15-20 חלקים כדי להקל על העומס על המערכת תוך שמירה על תרומת הזרחן.
MCA מופחת:הורד מ-10 ל-4-6 חלקים כדי למנוע נדידה.

3. תמיסת פיזור - קריטי להצלחה

סופר-פיזור (3-4 חלקים):חיוני להתמודדות עם מערכת בעלת עומס גבוה (50-70 חלקים חומרי מילוי אנאורגניים בסך הכל!), שקשה לפיזור (אלומיניום היפופוספיט + ATH דק במיוחד + אבץ בוראט).חומרי פיזור רגילים (למשל, סידן סטארט, שעוות PE) אינם מספיקים!השקיעו בחומרי פיזור-על יעילים במיוחד והשתמשו בכמויות מתאימות.
תכולת פלסטייזר (65-75 חלקים):כנ"ל, מפחית את הצמיגות הכוללת, ויוצר סביבה טובה יותר לפיזור.
חומרי סיכה (1-2 חלקים):שילוב של חומרי סיכה פנימיים/חיצוניים מבטיח זרימה טובה במהלך הערבוב והציפוי, ומונע הידבקות.

4. עיבוד - פרוטוקול ערבוב מקדים קפדני

שלב 1 (תערובת יבשה של אבקות אנאורגניות):
הוסיפו אלומיניום היפופוספיט, ATH דק במיוחד, אבץ בוראט, MCA וכל חומרי פיזור-על למיקסר במהירות גבוהה.
ערבבו בטמפרטורה של 80-90 מעלות צלזיוס למשך 8-10 דקות. מטרה: להבטיח שסופר-פיזור יצפה לחלוטין כל חלקיק, ויפרק צברים.זמן וטמפרטורה הם קריטיים!
שלב 2 (יצירת תרחיף):
הוסיפו את רוב ה-TOTP (למשל, 70-80%), את כל מייצבי החום וחומרי הסיכה הפנימיים לתערובת משלב 1.
ערבבו בטמפרטורה של 90-100 מעלות צלזיוס למשך 5-7 דקות ליצירת תרחיף אחיד, זורם ועמיד בעירה. ודאו שהאבקות נרטבות לחלוטין על ידי חומרי הפלסטיה.
שלב 3 (הוספת PVC ושאר הרכיבים):
הוסיפו שרף PVC, את יתרת ה-TOTP, חומרי סיכה חיצוניים (ונוגדי חמצון/מייצבים UV, אם הוסיפו בשלב זה).
ערבבו בטמפרטורה של 100-110 מעלות צלזיוס במשך 7-10 דקות עד להגעה ל"נקודת יבשה" (זרימה חופשית, ללא גושים).הימנעו מערבוב יתר כדי למנוע פירוק של PVC.
הִתקָרְרוּת:שחררו וקררו את התערובת ל-<50°C כדי למנוע היווצרות גושים.

5. עיבוד נוסף

השתמשו בתערובת היבשה המקוררת לטיגון או לציפוי.
יש לשלוט בקפדנות בטמפרטורת העיבוד (טמפרטורת התכה מומלצת ≤170-175 מעלות צלזיוס) כדי למנוע כשל של המייצב או פירוק מוקדם של מעכבי בעירה (למשל, ATH).

ה. תוצאות צפויות ואמצעי זהירות

מעכב בעירה:בהשוואה לנוסחה המקורית (TOTM + היפופוספיט אלומיניום גבוה/MCA), נוסחה מתוקנת זו (TOTP + יחסי P/N/B/Al אופטימליים) אמורה לשפר משמעותית את עמידות הבעירה, במיוחד בביצועי בעירה אנכית ודיכוי עשן. תקנים מכוונים כמו CPAI-84 לאוהלים. בדיקות עיקריות: ASTM D6413 (בעירה אנכית).
פְּזִירָה:פיזור-על + פלסטייזר גבוה + ערבוב מקדים אופטימלי אמור לשפר משמעותית את הפיזור, להפחית צבירה ולשפר את אחידות הציפוי.
יכולת עיבוד:TOTP וחומרי סיכה מתאימים אמורים להבטיח עיבוד חלק, אך יש לנטר צמיגות והידבקות במהלך הייצור בפועל.
עֲלוּת:TOTP וסופר-פיזור חומרים יקרים, אך אלומיניום היפופוספיט מופחת ו-MCA מקזזים חלק מהעלויות. ATH הוא חומר זול יחסית.

תזכורות קריטיות:

קודם כל ניסויים בקנה מידה קטן!יש לבדוק במעבדה ולהתאים בהתאם לחומרים בפועל (במיוחד ביצועי ATH וסופר-פיזור) ולציוד.
בחירת חומרים:
ATH:יש להשתמש בסוגי חומר עדינים במיוחד (D50 ≤2µm), שעברו טיפול פני שטח (למשל, סילאן). יש להתייעץ עם ספקים לקבלת המלצות תואמות PVC.
סופר-פיזור:יש להשתמש בסוגים בעלי יעילות גבוהה. יש ליידע את הספקים על היישום (PVC, חומרי מילוי אנאורגניים בעלי עומס גבוה, מעכב בעירה ללא הלוגן).
TOTP:להבטיח איכות גבוהה.
בּוֹחֵן:בצעו בדיקות מעכבות בעירה קפדניות בהתאם לתקני היעד. כמו כן, העריכו את עמידות הזדקנות/מים (קריטי לאוהלים חיצוניים!). מייצבים של קרינת UV ונוגדי חמצון חיוניים.