Formulasi Flame Retardant Bebas Halogen kanggo Sistem Lapisan TPU Nggunakake DMF Solvent
Kanggo sistem lapisan TPU sing nggunakake Dimethyl Formamide (DMF) minangka pelarut, panggunaan aluminium hypophosphite (AHP) lan seng borat (ZB) minangka tahan api mbutuhake evaluasi sing sistematis. Ing ngisor iki ana analisis rinci lan rencana implementasine:
I. Analisis Kelayakan Aluminium Hypophosphite (AHP)
1. Mekanisme Flame Retardant lan Kaluwihan
- Mekanisme:
- Decomposes ing suhu dhuwur kanggo generate asam fosfat lan metaphosphoric, mromosiaken tatanan char ing TPU (condensed-phase flame retardancy).
- Ngeculake radikal PO· kanggo ngganggu reaksi berantai pembakaran (retardansi nyala fase gas).
- Kaluwihan:
- Bebas halogen, kurang asap, kurang beracun, tundhuk karo RoHS/REACH.
- Stabilitas termal sing apik (suhu dekomposisi ≈300 ° C), cocok kanggo proses pangatusan TPU (biasane <150 ° C).
2. Tantangan lan Solusi Aplikasi
| Tantangan | Solusi |
| Dispersi sing ora apik ing DMF | Gunakake AHP sing diowahi lumahing (contone, agen kopling silane KH-550). Proses pra-dispersi: Ball-mill AHP karo DMF lan dispersant (contone, BYK-110) kanggo ukuran partikel <5μm. |
| Kebutuhan loading dhuwur (20-30%) | Kombinasi sinergis karo ZB utawa melamine cyanurate (MCA) kanggo nyuda beban total nganti 15-20%. |
| Transparansi lapisan suda | Gunakake AHP ukuran nano (ukuran partikel <1μm) utawa campuran karo flame retardants transparan (contone, fosfat organik). |
3. Disaranake Formulasi lan Proses
- Tuladha Formulasi:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- AHP sing diowahi lumahing: 20 phr
- Seng borat (ZB): 5 phr (sinergi supresi asap)
- Dispersant (BYK-110): 1,5 phr
- Titik Kunci Proses:
- Pre-mix AHP karo dispersant lan DMF parsial ing geser dhuwur (≥3000 rpm, 30 min), banjur campuran karo slurry TPU.
- Pangatusan sawise lapisan: 120-150 ° C, ngluwihi wektu nganti 10% kanggo njamin penguapan DMF lengkap.
II. Analisis Kelayakan Seng Borat (ZB)
1. Mekanisme Flame Retardant lan Kaluwihan
- Mekanisme:
- Mbentuk lapisan kaca B₂O₃ ing suhu dhuwur, ngalangi oksigen lan panas (retardansi nyala fase kondensasi).
- Ngeculake banyu sing kaiket (~ 13%), ngencerake gas sing gampang kobong lan sistem pendinginan.
- Kaluwihan:
- Efek sinergis sing kuat karo AHP utawa aluminium trihydroxide (ATH).
- Penindasan kumelun sing apik banget, cocog kanggo aplikasi kumelun sing sithik.
2. Tantangan lan Solusi Aplikasi
| Tantangan | Solusi |
| Stabilitas dispersi sing ora apik | Gunakake ZB ukuran nano (<500nm) lan agen wetting (contone, TegoDispers 750W). |
| Efisiensi tahan api sing sithik (munggah dhuwur dibutuhake) | Gunakake minangka sinergis (5-10%) karo retardants geni utama (contone, AHP utawa fosfor organik). |
| Ngurangi fleksibilitas lapisan | Kompensasi karo plasticizers (contone, DOP utawa poliester poliol). |
3. Disaranake Formulasi lan Proses
- Tuladha Formulasi:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- ZB ukuran nano: 8 phr
- AHP: 15 ph
- Agen wetting (Tego 750W): 1 phr
- Titik Kunci Proses:
- Pre-disperse ZB ing DMF liwat penggilingan manik (ukuran partikel ≤2μm) sadurunge nyampur karo slurry TPU.
- Tambah wektu pangatusan (contone, 30 menit) kanggo ngindhari sisa kelembapan sing mengaruhi retardasi nyala.
III. Evaluasi Sinergis Sistem AHP + ZB
1. Efek Flame Retardant Sinergis
- Sinergi Fase Gas & Fase Terkondensasi:
- AHP nyedhiyakake fosfor kanggo charring, nalika ZB stabil lapisan char lan suppresses afterglow.
- LOI gabungan: 28-30%, UL94 V-0 (1.6mm) bisa ditindakake.
- Smoke Suppression:
- ZB nyuda emisi asap kanthi> 50% (test Calorimeter Cone).
2. Rekomendasi Balancing Kinerja
- Kompensasi Properti Mekanik:
- Tambah 2-3% TPU plasticizer (contone, polycaprolactone polyol) kanggo njaga keluwesan (elongation> 300%).
- Gunakake bubuk ultrafine (AHP/ZB <2μm) kanggo nyuda mundhut kekuatan tarik.
- Kontrol Stabilitas Proses:
- Njaga viskositas slurry ing 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindle 4, 20 rpm) kanggo lapisan seragam.
IV. Dibandhingake karo Cairan Cairan Retardans Flame
| Paramèter | Sistem AHP + ZB | Cairan Fosfor-Nitrogen FR (contone, Levagard 4090N) |
| Loading | 20-30% | 15-25% |
| Kesulitan dispersi | Mbutuhake pra-perawatan (modifikasi geser / permukaan dhuwur) | Pembubaran langsung, ora perlu dispersi |
| biaya | Kurang (~$3-5/kg) | Dhuwur (~$10-15/kg) |
| Dampak Lingkungan | Bebas halogen, keracunan rendah | Bisa ngemot halogen (gumantung produk) |
| Transparansi lapisan | Semi-translucent kanggo opaque | Highly transparan |
V. Langkah-langkah Implementasi sing Disaranake
- Pengujian Skala Lab:
- Evaluasi AHP/ZB kanthi individu lan kombinasi (pemuatan gradien: 10%, 15%, 20%).
- Evaluasi stabilitas dispersi (ora ana sedimentasi sawise 24 jam), owah-owahan viskositas, lan keseragaman lapisan.
- Validasi Skala Pilot:
- Ngoptimalake kahanan pangatusan (wektu/suhu) lan uji retardasi nyala (UL94, LOI) lan sifat mekanik.
- Bandhingake biaya: Yen AHP + ZB nyuda biaya kanthi> 30% vs FR cair, iku ekonomis.
- Persiapan Skala:
- Kolaborasi karo pemasok kanggo ngembangake masterbatches AHP/ZB sing wis dispersed (basis DMF) kanggo produksi sing disederhanakake.
VI. Kesimpulan
Kanthi proses dispersi sing dikontrol, AHP lan ZB bisa dadi tahan api sing efektif kanggo lapisan TPU / DMF, kasedhiya:
- Modifikasi lumahing + dispersi geser dhuwurditrapake kanggo nyegah aglomerasi partikel.
- AHP (utama) + ZB (sinergis)ngimbangi efisiensi lan biaya.
- Kanggotransparansi / keluwesan dhuwursyarat, FRs fosfor-nitrogen cair (contone, Levagard 4090N) tetep luwih disenengi.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd.(ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Wektu kirim: Mei-22-2025
