การวิเคราะห์และเพิ่มประสิทธิภาพของสูตรสารหน่วงไฟสำหรับเคลือบพีวีซี

การวิเคราะห์และเพิ่มประสิทธิภาพของสูตรสารหน่วงไฟสำหรับเคลือบพีวีซี

ลูกค้าผลิตเต็นท์ PVC และต้องการเคลือบสารหน่วงไฟ สูตรปัจจุบันประกอบด้วยเรซิน PVC 60 ส่วน TOTM 40 ส่วน อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ (มีฟอสฟอรัส 40%) 30 ส่วน MCA 10 ส่วน ซิงค์โบเรต 8 ส่วน และสารช่วยกระจายตัว อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการหน่วงไฟยังต่ำ และการกระจายตัวของสารหน่วงไฟยังไม่เพียงพอ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์สาเหตุและข้อเสนอแนะในการปรับปรุงสูตร

I. สาเหตุหลักของการทนไฟต่ำ

1. ระบบหน่วงไฟที่ไม่สมดุลและมีผลเสริมฤทธิ์กันที่อ่อนแอ

• อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ส่วนเกิน (30 ส่วน):
  แม้ว่าอะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์จะเป็นสารหน่วงการติดไฟที่มีประสิทธิภาพซึ่งมีส่วนประกอบของฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบ (ปริมาณฟอสฟอรัส 40%) แต่การเติมมากเกินไป (>25 ส่วน) อาจทำให้เกิด:
• การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของความหนืดของระบบ ทำให้การกระจายตัวทำได้ยากและเกิดจุดร้อนเกาะกลุ่มกันซึ่งจะเร่งการเผาไหม้ ("เอฟเฟกต์ไส้ตะเกียง")
• ความเหนียวของวัสดุลดลงและคุณสมบัติการสร้างฟิล์มลดลงเนื่องจากมีสารตัวเติมอนินทรีย์มากเกินไป
• ปริมาณ MCA สูง (10 ส่วน):
  โดยทั่วไปแล้ว MCA (ไนโตรเจน) จะถูกใช้เป็นสารเสริมฤทธิ์ เมื่อปริมาณเกิน 5 ส่วน สารนี้มีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปยังพื้นผิว ทำให้ประสิทธิภาพการหน่วงไฟลดลง และอาจรบกวนการทำงานของสารหน่วงไฟชนิดอื่น
• ขาดผู้ประสานงานหลัก:
  แม้ว่าสังกะสีโบเรตจะมีฤทธิ์ระงับควัน แต่การไม่มีสารประกอบที่มีแอนติโมนีเป็นฐาน (เช่น แอนติโมนีไตรออกไซด์) หรือโลหะออกไซด์ (เช่น อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์) ทำให้ไม่สามารถเกิดระบบเสริมฤทธิ์กันของ “ฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน-แอนติโมนี” ได้ ส่งผลให้การหน่วงการติดไฟในสถานะก๊าซไม่เพียงพอ

2. ความไม่ตรงกันระหว่างการเลือกพลาสติไซเซอร์และเป้าหมายการหน่วงการติดไฟ

• TOTM (trioctyl trimellitate) มีคุณสมบัติหน่วงการติดไฟที่จำกัด:
  TOTM โดดเด่นในด้านการทนความร้อน แต่มีประสิทธิภาพในการหน่วงการติดไฟน้อยกว่าฟอสเฟตเอสเทอร์ (เช่น TOTP) มาก สำหรับการใช้งานที่ต้องหน่วงการติดไฟสูง เช่น การเคลือบเต็นท์ TOTM ไม่สามารถให้คุณสมบัติการเผาถ่านและป้องกันออกซิเจนได้เพียงพอ
• พลาสติไซเซอร์รวมไม่เพียงพอ (เพียง 40 ส่วน) :
  โดยทั่วไปแล้วเรซินพีวีซีต้องใช้พลาสติไซเซอร์ 60-75 ส่วนเพื่อให้เกิดการพลาสติไซเซอร์อย่างสมบูรณ์ ปริมาณพลาสติไซเซอร์ที่ต่ำจะทำให้มีความหนืดของของเหลวที่หลอมละลายสูง ซึ่งทำให้ปัญหาการกระจายตัวของสารหน่วงไฟรุนแรงยิ่งขึ้น

3. ระบบกระจายตัวที่ไม่มีประสิทธิภาพทำให้การกระจายตัวของสารหน่วงไฟไม่สม่ำเสมอ

• สารกระจายตัวในปัจจุบันอาจเป็นประเภทเอนกประสงค์ (เช่น กรดสเตียริกหรือขี้ผึ้ง PE) ซึ่งไม่มีประสิทธิภาพสำหรับสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่มีภาระสูง (อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ + ซิงค์โบเรต รวม 48 ส่วน) ทำให้เกิด:
• การรวมตัวของอนุภาคสารหน่วงไฟทำให้เกิดจุดอ่อนเฉพาะที่บนผิวเคลือบ
• การไหลของของเหลวที่หลอมละลายไม่ดีในระหว่างการประมวลผล ทำให้เกิดความร้อนเฉือนที่กระตุ้นให้เกิดการสลายตัวก่อนเวลาอันควร

4. ความเข้ากันได้ไม่ดีระหว่างสารหน่วงไฟและพีวีซี

• วัสดุอนินทรีย์ เช่น อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์และซิงค์โบเรต มีขั้วไฟฟ้าที่แตกต่างจากพีวีซีอย่างมีนัยสำคัญ หากไม่มีการปรับเปลี่ยนพื้นผิว (เช่น สารจับคู่ไซเลน) จะเกิดการแยกเฟส ส่งผลให้ประสิทธิภาพการหน่วงไฟลดลง

II. แนวทางการออกแบบหลัก

1. เปลี่ยนพลาสติไซเซอร์หลักเป็น TOTP

• ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติการหน่วงการติดไฟอันยอดเยี่ยม (ปริมาณฟอสฟอรัส ≈9%) และคุณสมบัติในการทำให้พลาสติกเป็นพลาสติก

2. เพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนการหน่วงไฟและการทำงานร่วมกัน

• คงอะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ไว้เป็นแหล่งฟอสฟอรัสหลัก แต่ลดปริมาณลงอย่างมากเพื่อปรับปรุงการกระจายตัวและลด "เอฟเฟกต์ไส้ตะเกียง" ให้เหลือน้อยที่สุด
• รักษาโบเรตสังกะสีไว้เป็นสารเสริมฤทธิ์หลัก (ส่งเสริมการเผาและป้องกันควัน)
• คง MCA ไว้เป็นสารเสริมฤทธิ์ไนโตรเจน แต่ลดปริมาณลงเพื่อป้องกันการอพยพ
• แนะนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ (ATH)เป็นส่วนประกอบที่มีฟังก์ชันหลากหลาย:
• ความสามารถในการหน่วงไฟ:การสลายตัวแบบดูดความร้อน (การขาดน้ำ) การทำให้เย็นลง และการเจือจางของก๊าซไวไฟ
• การระงับควัน:ลดการเกิดควันได้อย่างมีนัยสำคัญ
• ฟิลเลอร์:ลดต้นทุน(เมื่อเปรียบเทียบกับสารหน่วงการติดไฟชนิดอื่น)
• การกระจายและการไหลที่ปรับปรุงแล้ว (เกรดละเอียดพิเศษ):กระจายตัวได้ง่ายกว่า ATH ทั่วไป ช่วยลดการเพิ่มขึ้นของความหนืด

3. โซลูชันที่แข็งแกร่งสำหรับปัญหาการกระจาย

• เพิ่มปริมาณพลาสติไซเซอร์อย่างมีนัยสำคัญ:รับประกันการทำให้พลาสติก PVC สมบูรณ์และลดความหนืดของระบบ
• ใช้สารกระจายตัวประสิทธิภาพสูง:ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับผงอนินทรีย์ที่มีภาระสูงและจับตัวเป็นก้อนได้ง่าย (อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ ATH)
• เพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผล (การผสมล่วงหน้าเป็นสิ่งสำคัญ):ให้แน่ใจว่ามีการเปียกและกระจายตัวของสารหน่วงไฟอย่างทั่วถึง

4. รับรองความเสถียรของการประมวลผลพื้นฐาน

• เติมสารคงความร้อนและสารหล่อลื่นที่เหมาะสมให้เพียงพอ

III. สูตร PVC ทนไฟที่ปรับปรุงใหม่

IV. หมายเหตุสูตรและประเด็นสำคัญ

1. TOTP คือรากฐานหลัก

• 65–75 ส่วนรับรองว่า:
• การทำให้เป็นพลาสติกอย่างสมบูรณ์: PVC ต้องมีสารทำให้พลาสติกเพียงพอเพื่อสร้างฟิล์มที่นุ่มนวลและต่อเนื่อง
• การลดความหนืด: มีความสำคัญต่อการปรับปรุงการกระจายตัวของสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่มีภาระสูง
• ฤทธิ์หน่วงการติดไฟโดยธรรมชาติ: TOTP เองเป็นพลาสติไซเซอร์ที่หน่วงการติดไฟที่มีประสิทธิภาพสูง

2. การทำงานร่วมกันของสารหน่วงไฟ

• การทำงานร่วมกันของ PNB-Al:อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ (P) + MCA (N) ก่อให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างเบส PN ซิงค์โบเรต (B, Zn) ช่วยเพิ่มการเผาและการลดควัน ATH (Al) ละเอียดพิเศษให้ความเย็นแบบดูดความร้อนและลดควันได้อย่างมีประสิทธิภาพ TOTP ยังก่อให้เกิดฟอสฟอรัส ทำให้เกิดระบบปฏิกิริยาระหว่างธาตุหลายชนิด
• บทบาทของ ATH:ATH ขนาดละเอียดพิเศษ 25–35 ส่วนมีส่วนสำคัญในการหน่วงการติดไฟและป้องกันควัน การสลายตัวแบบดูดความร้อนของ ATH จะดูดซับความร้อน ในขณะที่ไอน้ำที่ปล่อยออกมาจะเจือจางออกซิเจนและก๊าซไวไฟATH ที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิวและละเอียดเป็นพิเศษเป็นสิ่งสำคัญเพื่อลดผลกระทบต่อความหนืดและปรับปรุงความเข้ากันได้ของ PVC
• อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ที่ลดลง:ลดลงจาก 30 เหลือ 15–20 ส่วนเพื่อบรรเทาภาระของระบบในขณะที่ยังคงรักษาปริมาณฟอสฟอรัสไว้
• ลด MCA:ลดจาก 10 ส่วนเหลือ 4–6 ส่วนเพื่อป้องกันการอพยพ

3. โซลูชันการกระจาย – สิ่งสำคัญต่อความสำเร็จ

• สารกระจายตัวซุปเปอร์ (3–4 ส่วน):จำเป็นสำหรับการจัดการกับภาระสูง (สารตัวเติมอนินทรีย์ทั้งหมด 50–70 ส่วน!) ระบบที่กระจายตัวยาก (อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ + ATH เบาบาง + สังกะสีโบเรต)สารกระจายตัวทั่วไป (เช่น แคลเซียมสเตียเรต ขี้ผึ้ง PE) ไม่เพียงพอ!ลงทุนในสารกระจายตัวประสิทธิภาพสูงและใช้ปริมาณที่เหมาะสม
• ปริมาณพลาสติไซเซอร์ (65–75 ส่วน):ตามที่กล่าวข้างต้น ช่วยลดความหนืดโดยรวม ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมที่ดีขึ้นสำหรับการกระจายตัว
• น้ำมันหล่อลื่น (1–2 ส่วน):การผสมผสานน้ำมันหล่อลื่นภายในและภายนอกช่วยให้การไหลลื่นดีในระหว่างการผสมและการเคลือบ ป้องกันการติดขัด

4. การประมวลผล – โปรโตคอลการผสมล่วงหน้าที่เข้มงวด

• ขั้นตอนที่ 1 (การผสมผงอนินทรีย์แบบแห้ง):
• เติมอะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์ ATH ขนาดเล็กมาก ซิงค์โบเรต MCA และสารกระจายตัวซุปเปอร์ทั้งหมดลงในเครื่องผสมความเร็วสูง
• ผสมที่อุณหภูมิ 80–90°C เป็นเวลา 8–10 นาที เป้าหมาย: ให้แน่ใจว่าสารกระจายตัวแบบซุปเปอร์เคลือบอนุภาคทั้งหมดอย่างทั่วถึง ทำลายกลุ่มที่เกาะกันเป็นก้อนเวลาและอุณหภูมิเป็นสิ่งสำคัญ!
• ขั้นตอนที่ 2 (การสร้างสารละลาย):
• เติม TOTP ส่วนใหญ่ (เช่น 70–80%) สารคงความร้อนทั้งหมด และสารหล่อลื่นภายในลงในส่วนผสมจากขั้นตอนที่ 1
• ผสมที่อุณหภูมิ 90–100°C เป็นเวลา 5–7 นาที จนได้สารละลายหน่วงไฟที่ไหลตัวเป็นเนื้อเดียวกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าผงเปียกด้วยพลาสติไซเซอร์อย่างทั่วถึง
• ขั้นตอนที่ 3 (เพิ่ม PVC และส่วนประกอบที่เหลือ):
• เติมเรซิน PVC, TOTP ที่เหลือ, สารหล่อลื่นภายนอก (และสารต้านอนุมูลอิสระ/สารป้องกันรังสี UV หากเติมในขั้นตอนนี้)
• ผสมที่อุณหภูมิ 100–110°C เป็นเวลา 7–10 นาที จนกระทั่งถึง “จุดแห้ง” (ไหลได้อย่างอิสระ ไม่มีก้อน)หลีกเลี่ยงการผสมมากเกินไปเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของ PVC
• การระบายความร้อน:ระบายและทำให้ส่วนผสมเย็นลงเหลือน้อยกว่า 50°C เพื่อป้องกันไม่ให้จับตัวเป็นก้อน

5. การประมวลผลที่ตามมา

• ใช้ส่วนผสมแห้งที่เย็นแล้วสำหรับการรีดหรือการเคลือบ
• ควบคุมอุณหภูมิในการประมวลผลอย่างเคร่งครัด (อุณหภูมิหลอมละลายที่แนะนำ ≤170–175°C) เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของตัวปรับเสถียรภาพหรือการสลายตัวก่อนกำหนดของสารหน่วงการติดไฟ (เช่น ATH)

V. ผลลัพธ์ที่คาดหวังและข้อควรระวัง

• ความสามารถในการหน่วงไฟ:เมื่อเปรียบเทียบกับสูตรดั้งเดิม (TOTM + อะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์/MCA สูง) สูตรที่ปรับปรุงใหม่นี้ (TOTP + อัตราส่วน P/N/B/Al ที่เหมาะสมที่สุด) น่าจะช่วยปรับปรุงการหน่วงการติดไฟได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านประสิทธิภาพการเผาไหม้ในแนวตั้งและการป้องกันควัน มาตรฐานเป้าหมายเช่น CPAI-84 สำหรับเต็นท์ การทดสอบหลัก: ASTM D6413 (การเผาไหม้ในแนวตั้ง)
• การกระจายตัว:สารกระจายตัวที่ดีเยี่ยม + สารพลาสติไซเซอร์ปริมาณสูง + การผสมล่วงหน้าที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมควรช่วยปรับปรุงการกระจายตัวอย่างมาก ลดการเกาะตัวเป็นก้อน และปรับปรุงความสม่ำเสมอของการเคลือบ
• ความสามารถในการประมวลผล:TOTP และน้ำมันหล่อลื่นที่เพียงพอจะช่วยให้การประมวลผลราบรื่น แต่ต้องตรวจสอบความหนืดและการยึดเกาะระหว่างการผลิตจริง
• ค่าใช้จ่าย:TOTP และสารกระจายตัวแบบซูเปอร์มีราคาแพง แต่การลดปริมาณอะลูมิเนียมไฮโปฟอสไฟต์และ MCA ช่วยชดเชยต้นทุนบางส่วนได้ ส่วน ATH มีต้นทุนค่อนข้างต่ำ

คำเตือนที่สำคัญ:

• ทดลองขนาดเล็กก่อน!ทดสอบในห้องปฏิบัติการและปรับตามวัสดุจริง (โดยเฉพาะ ATH และประสิทธิภาพการกระจายตัวที่ยอดเยี่ยม) และอุปกรณ์
• การเลือกใช้วัสดุ:
• เอทีเอช:ต้องใช้เกรดที่ละเอียดมาก (D50 ≤2µm) ที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิว (เช่น ไซเลน) ปรึกษาซัพพลายเออร์เพื่อขอคำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุที่เข้ากันได้กับ PVC
• สารกระจายตัวซุปเปอร์:ต้องใช้ชนิดที่มีประสิทธิภาพสูง แจ้งซัพพลายเออร์เกี่ยวกับการใช้งาน (PVC, สารตัวเติมอนินทรีย์รับภาระสูง, สารหน่วงไฟปราศจากฮาโลเจน)
• TOTP:มั่นใจได้ในคุณภาพสูง
• การทดสอบ:ดำเนินการทดสอบการหน่วงไฟอย่างเข้มงวดตามมาตรฐานเป้าหมาย ประเมินความทนทานต่อการใช้งาน/การกันน้ำ (สำคัญอย่างยิ่งสำหรับเต็นท์กลางแจ้ง!) สารป้องกันรังสียูวีและสารต้านอนุมูลอิสระเป็นสิ่งจำเป็น

More info., pls contact lucy@taifeng-fr.com