המרת פורמולציה לעור PVC מעכב בעירה ללא הלוגן

המרת פורמולציה לעור PVC מעכב בעירה ללא הלוגן

מָבוֹא

הלקוח מייצר עור PVC מעכב בעירה ואנטימון טריאוקסיד (Sb₂O₃) ששימשו בעבר. כעת הם שואפים להיפטר מ-Sb₂O₃ ולעבור למעכבי בעירה ללא הלוגן. הפורמולציה הנוכחית כוללת PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 ואנטימון. המעבר מפורמולציה של עור PVC מבוסס אנטימון למערכת מעכבי בעירה ללא הלוגן מייצג שדרוג טכנולוגי משמעותי. שינוי זה לא רק עומד בתקנות סביבתיות מחמירות יותר ויותר (למשל, RoHS, REACH) אלא גם משפר את התדמית ה"ירוקה" של המוצר ואת התחרותיות בשוק.

אתגרים מרכזיים

1. אובדן אפקט סינרגטי:
   • Sb₂O₃ אינו מעכב בעירה חזק בפני עצמו, אך הוא מציג השפעות מעכבות בעירה סינרגטיות מצוינות עם כלור ב-PVC, מה שמשפר משמעותית את היעילות. הסרת אנטימון דורשת מציאת מערכת חלופית נטולת הלוגן שמשכפלת סינרגיה זו.
2. יעילות מעכבי בעירה:
   • מעכבי בעירה נטולי הלוגן דורשים לעיתים קרובות עומסים גבוהים יותר כדי להשיג דירוגי מעכבי בעירה מקבילים (למשל, UL94 V-0), דבר שעשוי להשפיע על תכונות מכניות (רכות, חוזק מתיחה, התארכות), ביצועי עיבוד ועלות.
3. מאפייני עור PVC:
   • עור PVC דורש רכות מצוינת, תחושה ידנית, גימור פני שטח (הטבעה, ברק), עמידות בפני מזג אוויר, עמידות בפני נדידה וגמישות בטמפרטורות נמוכות. הפורמולה החדשה חייבת לשמור על תכונות אלו או להתאים להן במדויק.
4. ביצועי עיבוד:
   • עומסים גבוהים של חומרי מילוי נטולי הלוגן (למשל, ATH) עלולים להשפיע על זרימת ההיתוך ועל יציבות העיבוד.
5. שיקולי עלות:
   • חלק מעכבי הבעירה ללא הלוגן בעלי יעילות גבוהה הם יקרים, ומחייבים איזון בין ביצועים לעלות.

אסטרטגיית בחירה למערכות מעכבי בעירה ללא הלוגן (לעור מלאכותי מ-PVC)

1. מעכבי בעירה ראשוניים - הידרוקסי מתכת

• אלומיניום טריהידרוקסיד (ATH):
  • הכי נפוץ, חסכוני.
  • מנגנון: פירוק אנדותרמי (כ-200 מעלות צלזיוס), שחרור אדי מים לדילול גזים דליקים וחמצן תוך יצירת שכבת מגן על פני השטח.
  • חסרונות: יעילות נמוכה, נדרש עומס גבוה (40-70 פרנהייט לליטר), מפחית משמעותית את הרכות, ההתארכות ויכולת העיבוד; טמפרטורת הפירוק נמוכה.
• מגנזיום הידרוקסיד (MDH):
  • טמפרטורת פירוק גבוהה יותר (~340°C), מתאימה יותר לעיבוד PVC (160–200°C).
  • חסרונות: נדרשים עומסים גבוהים דומים (40-70 פרנהייט); עלות מעט גבוהה יותר מאשר ATH; ייתכן ספיגת לחות גבוהה יותר.

אִסטרָטֶגִיָה:

• העדיפו MDH או תערובת ATH/MDH (למשל, 70/30) כדי לאזן בין עלות, יכולת הסתגלות לטמפרטורת העיבוד ועמידות בעירה.
• ATH/MDH שעבר טיפול פני השטח (למשל, מצומד לסילאן) משפר את התאימות עם PVC, מפחית פגיעה בתכונות ומשפר את עמידות הבעירה.

2. סינרגיסטים מעכבי בעירה

כדי להפחית את עומסי מעכבי הבעירה הראשוניים ולשפר את היעילות, סינרגיסטים חיוניים:

• מעכבי בעירה זרחן-חנקן: אידיאליים למערכות PVC ללא הלוגן.
  • אמוניום פוליפוספט (APP): מקדם התפחמה, ויוצר שכבת בידוד מתנפחת.
    • הערה: יש להשתמש בדרגות עמידות לטמפרטורות גבוהות (למשל, Phase II, >280°C) כדי למנוע פירוק במהלך העיבוד. חלק מה-APPs עלולים להשפיע על השקיפות והעמידות למים.
  • אלומיניום דיאתילפוספינאט (ADP): יעילות גבוהה, עומס נמוך (5-20 פרנהייט של חומצה פולית), השפעה מינימלית על תכונות, יציבות תרמית טובה.
    • חיסרון: עלות גבוהה יותר.
  • אסטרים של פוספט (למשל, RDP, BDP, TCPP): מתפקדים כמעכבי בעירה פלסטיים.
    • יתרונות: תפקיד כפול (פלסטייקר + מעכב בעירה).
    • חסרונות: מולקולות קטנות (למשל, TCPP) עלולות לנדוד/להתנדף; ל-RDP/BDP יעילות פלסטיציה נמוכה יותר מאשר ל-DOP והן עלולות להפחית את הגמישות בטמפרטורה נמוכה.
• אבץ בוראט (ZB):
  • עלות נמוכה, רב תכליתית (מעכב בעירה, מדכא עשן, מקדם פחם, מונע טפטוף). משתלב היטב עם ATH/MDH ומערכות זרחן-חנקן. טעינה אופיינית: 3-10 פרל.
• אבץ סטנט/הידרוקסיסטנט:
  • מדכאי עשן וסינרגיסטים מעולים כמעכבי בעירה, במיוחד עבור פולימרים המכילים כלור (למשל, PVC). יכולים להחליף חלקית את התפקיד הסינרגי של אנטימון. טעינה אופיינית: 2-8 פרל.
• תרכובות מוליבדן (למשל, MoO₃, אמוניום מוליבדאט):
  • מדכאי עשן חזקים עם סינרגיה של מעכבי בעירה. טעינה אופיינית: 2-5 פרל.
• ננו-מילויים (למשל, ננו-חימר):
  • עומסים נמוכים (3-8 פרנהייט) משפרים את עמידות הבעירה (יצירת פחם, קצב שחרור חום מופחת) ואת התכונות המכניות. פיזור הוא קריטי.

3. מדכאי עשן

PVC מייצר עשן כבד במהלך הבעירה. ניסוחים ללא הלוגן דורשים לעיתים קרובות דיכוי עשן. תרכובות אבץ בוראט, אבץ סטנט ומוליבדן הן אפשרויות מצוינות.

ניסוח מוצע של מעכב בעירה ללא הלוגן (מבוסס על הניסוח המקורי של הלקוח)

יעד: להשיג UL94 V-0 (1.6 מ"מ או עבה יותר) תוך שמירה על רכות, יכולת עיבוד ותכונות מפתח.

הנחות:

• ניסוח מקורי:
  • DOP: 50–70 פרנהייט (פלסטייזר).
  • ST: כנראה חומצה סטארית (חומר סיכה).
  • HICOAT-410: מייצב סידן/אבץ.
  • BZ-500: כנראה חומר סיכה/עזר לעיבוד (לאישור).
  • אפוקסי: שמן סויה שעבר אפוקסידציה (קו-מייצב/פלסטייקיזר).
  • אנטימון: Sb₂O₃ (יש להסיר).

1. מסגרת ניסוח מומלצת (לכל 100 פרל של שרף PVC)

2. ניסוח לדוגמה (דורש אופטימיזציה)

שלבי יישום קריטיים

1. אשר את פרטי חומר הגלם:
   • להבהיר את הזהויות הכימיות שלBZ-500וST(עיין בגיליונות הנתונים של הספק).
   • ודא עומסים מדויקים שלאישור שיווק,אפוקסי, וHICOAT-410.
   • הגדירו את דרישות הלקוח: עמידות בפני בעירה (למשל, עובי UL94), רכות (קשיות), יישום (רכב, רהיטים, תיקים?), צרכים מיוחדים (עמידות לקור, יציבות לקרינת UV, עמידות לשחיקה?), מגבלות עלויות.
2. בחר דרגות מעכבי בעירה ספציפיות:
   • בקשו דוגמיות של מעכבי בעירה ללא הלוגן, המותאמות לעור PVC מספקים.
   • תן עדיפות ל-ATH/MDH שעברו טיפול פני השטח לפיזור טוב יותר.
   • עבור APP, השתמשו בציוד עמיד בפני טמפרטורה גבוהה.
   • עבור אסטרים של פוספט, יש להעדיף RDP/BDP על פני TCPP לצורך נדידה נמוכה יותר.
3. בדיקות ואופטימיזציה בקנה מידה מעבדתי:
   • הכינו קבוצות קטנות עם טעינות משתנות (למשל, התאימו את יחסי MDH/APP/ZB/ZS).
   • ערבוב: השתמשו במיקסרים במהירות גבוהה (למשל, Henschel) לפיזור אחיד. הוסיפו תחילה נוזלים (פלסטיקים, מייצבים), ולאחר מכן אבקות.
   • ניסויי עיבוד: בדיקה על ציוד ייצור (למשל, מערבל Banbury + קלנדר). ניטור זמן פלסטיפיקציה, צמיגות התכה, מומנט, איכות פני השטח.
   • בדיקות ביצועים:
     • מעכב בעירה: UL94, LOI.
     • תכונות מכניות: קשיות (Shore A), חוזק מתיחה, התארכות.
     • רכות/תחושה ביד: בדיקות סובייקטיביות + בדיקות קשיות.
     • גמישות בטמפרטורה נמוכה: בדיקת כיפוף קר.
     • יציבות תרמית: מבחן אדום קונגו.
     • מראה: צבע, ברק, הטבעה.
     • (אופציונלי) צפיפות עשן: תא עשן NBS.
4. פתרון בעיות ואיזון:

5. פיילוט וייצור: לאחר אופטימיזציה במעבדה, יש לבצע ניסויי פיילוט כדי לוודא יציבות, עקביות ועלות. ניתן להגדיל את הפרויקט רק לאחר אימות.

מַסְקָנָה

מעבר מעור PVC מעכב בעירה מבוסס אנטימון לעור PVC מעכב בעירה ללא הלוגן אפשרי אך דורש פיתוח שיטתי. הגישה המרכזית משלבת הידרוקסידים של מתכת (רצוי MDH שעבר טיפול פני השטח), סינרגיסטים של זרחן-חנקן (APP או ADP), וחומרים מדכאי עשן רב-תכליתיים (אבץ בוראט, אבץ סטנט). בו זמנית, אופטימיזציה של פלסטייזרים, מייצבים, חומרי סיכה ועזרי עיבוד היא קריטית.

מפתחות להצלחה:

1. הגדירו יעדים ואילוצים ברורים (עמידות בעירה, תכונות, עלות).
2. בחרו מעכבי בעירה מוכחים ללא הלוגן (חומרי מילוי מטופלים על פני השטח, חומרי APP עמידים בטמפרטורה גבוהה).
3. בצעו בדיקות מעבדה קפדניות (עמידות בעירה, תכונות, עיבוד).
4. יש להבטיח ערבוב אחיד ותאימות תהליך.

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