การแปลงสูตรสำหรับหนัง PVC ทนไฟแบบปลอดฮาโลเจน

การแปลงสูตรสำหรับหนัง PVC ทนไฟแบบปลอดฮาโลเจน

การแนะนำ

ลูกค้าผลิตหนัง PVC ทนไฟและสารแอนติโมนีไตรออกไซด์ (Sb₂O₃) ที่เคยใช้มาก่อน ปัจจุบันมีเป้าหมายที่จะกำจัดสาร Sb₂O₃ และเปลี่ยนไปใช้สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจน สูตรปัจจุบันประกอบด้วย PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410 และสารแอนติโมนี การเปลี่ยนจากสูตรหนัง PVC ที่ใช้สารแอนติโมนีเป็นสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนถือเป็นการยกระดับเทคโนโลยีครั้งสำคัญ การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่เพียงแต่สอดคล้องกับกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดขึ้น (เช่น RoHS และ REACH) เท่านั้น แต่ยังช่วยยกระดับภาพลักษณ์ “สีเขียว” ของผลิตภัณฑ์และความสามารถในการแข่งขันในตลาดอีกด้วย

ความท้าทายที่สำคัญ

1. การสูญเสียผลการทำงานร่วมกัน:
   • Sb₂O₃ ไม่ใช่สารหน่วงไฟที่มีประสิทธิภาพสูง แต่มีประสิทธิภาพการหน่วงไฟที่ดีเยี่ยมเมื่อใช้ร่วมกับคลอรีนในพีวีซี ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก การกำจัดแอนติโมนีจำเป็นต้องค้นหาระบบทางเลือกที่ปราศจากฮาโลเจนซึ่งจำลองประสิทธิภาพการหน่วงไฟนี้ได้
2. ประสิทธิภาพการหน่วงไฟ:
   • สารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนมักต้องใช้ปริมาณที่มากขึ้นเพื่อให้ได้ระดับสารหน่วงไฟที่เทียบเท่า (เช่น UL94 V-0) ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกล (ความนุ่ม ความแข็งแรงแรงดึง การยืดตัว) ประสิทธิภาพการประมวลผล และต้นทุน
3. คุณสมบัติของหนัง PVC:
   • หนัง PVC ต้องการความนุ่มเป็นพิเศษ ให้สัมผัสที่ดี ผิวสัมผัสที่ดี (การปั๊มนูน ความเงา) ความทนทานต่อสภาพอากาศ ความต้านทานการเคลื่อนตัว และความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ สูตรใหม่นี้ต้องคงคุณสมบัติเหล่านี้ไว้หรือใกล้เคียงกับคุณสมบัติอื่นๆ มากที่สุด
4. ประสิทธิภาพการประมวลผล:
   • การบรรจุสารตัวเติมที่ปราศจากฮาโลเจนในปริมาณมาก (เช่น ATH) อาจส่งผลต่อการไหลของของเหลวหลอมเหลวและความเสถียรของการประมวลผล
5. การพิจารณาต้นทุน:
   • สารหน่วงไฟปลอดฮาโลเจนที่มีประสิทธิภาพสูงบางชนิดมีราคาแพง จึงจำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน

กลยุทธ์การเลือกใช้ระบบหน่วงการติดไฟแบบปลอดฮาโลเจน (สำหรับหนังเทียม PVC)

1. สารหน่วงไฟหลัก – โลหะไฮดรอกไซด์

• อะลูมิเนียมไตรไฮดรอกไซด์ (ATH):
  • ที่พบมากที่สุด คุ้มค่าคุ้มราคา
  • กลไก: การสลายตัวแบบดูดความร้อน (~200°C) ปล่อยไอน้ำเพื่อเจือจางก๊าซไวไฟและออกซิเจนในขณะที่สร้างชั้นผิวป้องกัน
  • ข้อเสีย: ประสิทธิภาพต่ำ ต้องโหลดสูง (40–70 phr) ทำให้ความนุ่ม การยืดตัว และความสามารถในการแปรรูปลดลงอย่างมาก อุณหภูมิการสลายตัวต่ำ
• แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (MDH):
  • อุณหภูมิการสลายตัวที่สูงขึ้น (~340°C) เหมาะกับการแปรรูป PVC มากกว่า (160–200°C)
  • ข้อเสีย: ต้องมีการโหลดสูงที่ใกล้เคียงกัน (40–70 phr) ต้นทุนสูงกว่า ATH เล็กน้อย อาจมีการดูดซับความชื้นที่สูงกว่า

กลยุทธ์:

• ควรเลือก MDH หรือส่วนผสม ATH/MDH (เช่น 70/30) เพื่อสร้างสมดุลระหว่างต้นทุน ความสามารถในการปรับตัวต่ออุณหภูมิในการประมวลผล และการหน่วงการติดไฟ
• ATH/MDH ที่ผ่านการปรับสภาพพื้นผิว (เช่น เคลือบด้วยซิเลน) ช่วยเพิ่มความเข้ากันได้กับ PVC ลดการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติ และเพิ่มคุณสมบัติหน่วงการติดไฟ

2. สารเสริมฤทธิ์หน่วงการติดไฟ

เพื่อลดปริมาณสารหน่วงไฟหลักและปรับปรุงประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีปัจจัยเสริมฤทธิ์ดังนี้:

• สารหน่วงการติดไฟฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน เหมาะสำหรับระบบ PVC ปลอดฮาโลเจน
  • แอมโมเนียมโพลีฟอสเฟต (APP): ส่งเสริมการเผาเป็นถ่าน โดยสร้างชั้นฉนวนที่บวมขึ้น
    • หมายเหตุ: ใช้เกรดที่ทนความร้อนสูง (เช่น เฟส II >280°C) เพื่อป้องกันการย่อยสลายระหว่างการแปรรูป APP บางชนิดอาจส่งผลต่อความโปร่งใสและการกันน้ำ
  • อะลูมิเนียมไดเอทิลฟอสฟิเนต (ADP): ประสิทธิภาพสูง โหลดต่ำ (5–20 phr) มีผลกระทบต่อคุณสมบัติน้อยที่สุด มีเสถียรภาพทางความร้อนดี
    • ข้อเสีย : ต้นทุนสูงกว่า.
  • ฟอสเฟตเอสเทอร์ (เช่น RDP, BDP, TCPP): ทำหน้าที่เป็นสารหน่วงการติดไฟที่ทำให้พลาสติกอ่อนลง
    • ข้อดี: มีบทบาทคู่ (พลาสติไซเซอร์ + สารหน่วงการติดไฟ)
    • จุดด้อย: โมเลกุลขนาดเล็ก (เช่น TCPP) อาจอพยพ/ระเหย RDP/BDP มีประสิทธิภาพในการปรับสภาพพลาสติกต่ำกว่า DOP และอาจลดความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ
• สังกะสีโบเรต (ZB):
  • ราคาประหยัด ใช้งานได้หลากหลาย (สารหน่วงไฟ สารระงับควัน สารเร่งการเผาถ่าน และสารป้องกันการหยด) ทำงานร่วมกับระบบ ATH/MDH และฟอสฟอรัส-ไนโตรเจนได้ดี ปริมาณการใช้โดยทั่วไป: 3–10 phr
• ซิงค์สแตนเนต/ไฮดรอกซีสแตนเนต:
  • สารระงับควันและสารหน่วงไฟที่มีฤทธิ์เสริมฤทธิ์ที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับพอลิเมอร์ที่มีคลอรีนเป็นส่วนประกอบ (เช่น พีวีซี) สามารถทดแทนฤทธิ์เสริมฤทธิ์ของแอนติโมนีได้บางส่วน ปริมาณการใช้โดยทั่วไป: 2–8 phr
• สารประกอบโมลิบดีนัม (เช่น MoO₃, แอมโมเนียมโมลิบเดต):
  • สารระงับควันพิษชนิดเข้มข้นพร้อมสารหน่วงไฟ ปริมาณการใช้โดยทั่วไป: 2–5 phr
• ฟิลเลอร์นาโน (เช่น นาโนเคลย์):
  • การโหลดต่ำ (3–8 phr) ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการหน่วงการติดไฟ (การเกิดถ่าน ลดอัตราการปลดปล่อยความร้อน) และคุณสมบัติเชิงกล การกระจายตัวเป็นสิ่งสำคัญ

3. สารระงับควัน

พีวีซีก่อให้เกิดควันหนาในระหว่างการเผาไหม้ สูตรผสมที่ปราศจากฮาโลเจนมักต้องการการดับควัน สารประกอบซิงค์โบเรต ซิงค์สแตนเนต และโมลิบดีนัมเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยม

สูตรสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่เสนอ (อิงตามสูตรเดิมของลูกค้า)

เป้าหมาย: บรรลุ UL94 V-0 (1.6 มม. หรือหนากว่า) ในขณะที่ยังคงความนุ่มนวล ความสามารถในการแปรรูป และคุณสมบัติหลัก

ข้อสันนิษฐาน:

• สูตรดั้งเดิม:
  • DOP: 50–70 phr (พลาสติไซเซอร์)
  • ST: น่าจะเป็นกรดสเตียริก (สารหล่อลื่น)
  • HICOAT-410: สารคงตัว Ca/Zn
  • BZ-500: น่าจะเป็นสารหล่อลื่น/สารช่วยการประมวลผล (เพื่อยืนยัน)
  • EPOXY : น้ำมันถั่วเหลืองอิพอกไซด์ (สารช่วยคงตัว/พลาสติไซเซอร์)
  • แอนติโมนี: Sb₂O₃ (จะถูกกำจัดออก)

1. กรอบการกำหนดสูตรที่แนะนำ (ต่อเรซิน PVC 100 phr)

2. ตัวอย่างการกำหนดสูตร (ต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพ)

ขั้นตอนการดำเนินการที่สำคัญ

1. ยืนยันรายละเอียดวัตถุดิบ:
   • ชี้แจงเอกลักษณ์ทางเคมีของบีแซด-500และST(ดูเอกสารข้อมูลของซัพพลายเออร์)
   • ตรวจสอบการโหลดที่แน่นอนของดีโอพี-อีพ็อกซี่, และฮิโคแอท-410.
   • กำหนดข้อกำหนดของลูกค้า: ความสามารถในการหน่วงการติดไฟเป้าหมาย (เช่น ความหนา UL94) ความนุ่ม (ความแข็ง) การใช้งาน (ยานยนต์ เฟอร์นิเจอร์ กระเป๋า?) ความต้องการพิเศษ (ทนทานต่อความเย็น ทนต่อรังสี UV ทนทานต่อการเสียดสี?) ขีดจำกัดต้นทุน
2. เลือกเกรดสารหน่วงไฟที่เฉพาะเจาะจง:
   • ขอตัวอย่างสารหน่วงไฟปลอดฮาโลเจนที่ออกแบบมาสำหรับหนัง PVC จากซัพพลายเออร์
   • ให้ความสำคัญกับ ATH/MDH ที่ผ่านการบำบัดพื้นผิวเพื่อการกระจายที่ดีขึ้น
   • สำหรับ APP ให้ใช้เกรดที่ทนต่ออุณหภูมิสูง
   • สำหรับเอสเทอร์ฟอสเฟต ควรใช้ RDP/BDP มากกว่า TCPP เพื่อการโยกย้ายที่ต่ำลง
3. การทดสอบและเพิ่มประสิทธิภาพในระดับห้องปฏิบัติการ:
   • เตรียมในปริมาณน้อยด้วยปริมาณโหลดที่แตกต่างกัน (เช่น ปรับอัตราส่วน MDH/APP/ZB/ZS)
   • การผสม: ใช้เครื่องผสมความเร็วสูง (เช่น Henschel) เพื่อให้กระจายตัวสม่ำเสมอ เติมของเหลว (พลาสติไซเซอร์ สารคงตัว) ก่อน แล้วจึงเติมผง
   • การทดสอบกระบวนการ: ทดสอบกับอุปกรณ์การผลิต (เช่น เครื่องผสม Banbury + การรีด) ตรวจสอบเวลาการขึ้นรูปพลาสติก ความหนืดของของเหลวที่หลอมละลาย แรงบิด คุณภาพพื้นผิว
   • การทดสอบประสิทธิภาพ:
     • ความทนทานต่อการติดไฟ: UL94, LOI
     • คุณสมบัติทางกล: ความแข็ง (Shore A), ความแข็งแรงแรงดึง, การยืดตัว
     • ความนุ่ม/สัมผัสของมือ: การทดสอบเชิงอัตนัย + ความแข็ง
     • ความยืดหยุ่นที่อุณหภูมิต่ำ: การทดสอบการดัดเย็น
     • ความเสถียรทางความร้อน: การทดสอบคองโกเรด
     • ลักษณะ : สี เงา ลายนูน
     • (ทางเลือก) ความหนาแน่นของควัน: ห้องควัน NBS
4. การแก้ไขปัญหาและการปรับสมดุล:

5. โครงการนำร่องและการผลิต: หลังจากการปรับปรุงประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการแล้ว ให้ทำการทดลองนำร่องเพื่อตรวจสอบความเสถียร ความสม่ำเสมอ และต้นทุน ขยายขนาดได้หลังจากการตรวจสอบแล้วเท่านั้น

บทสรุป

การเปลี่ยนจากหนังพีวีซีที่ทนไฟจากแอนติโมนีเป็นหนังพีวีซีที่ปราศจากฮาโลเจนนั้นสามารถทำได้ แต่จำเป็นต้องมีการพัฒนาอย่างเป็นระบบ แนวทางหลักประกอบด้วยไฮดรอกไซด์ของโลหะ (ควรเป็น MDH ที่ผ่านกระบวนการปรับสภาพพื้นผิว) สารเสริมฤทธิ์ฟอสฟอรัส-ไนโตรเจน (APP หรือ ADP) และสารระงับควันแบบหลายหน้าที่ (ซิงค์โบเรต ซิงค์สแตนเนต) ขณะเดียวกัน การปรับปรุงประสิทธิภาพของพลาสติไซเซอร์ สารคงตัว สารหล่อลื่น และสารช่วยในกระบวนการแปรรูปก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง

กุญแจสู่ความสำเร็จ:

1. กำหนดเป้าหมายและข้อจำกัดที่ชัดเจน (การหน่วงไฟ คุณสมบัติ ต้นทุน)
2. เลือกสารหน่วงไฟที่ปราศจากฮาโลเจนที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว (สารตัวเติมที่ผ่านการบำบัดพื้นผิว APP ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง)
3. ดำเนินการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างเข้มงวด (การหน่วงไฟ คุณสมบัติ การประมวลผล)
4. ให้แน่ใจว่าการผสมและความเข้ากันได้ของกระบวนการสม่ำเสมอ

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