Formulasi Kalis Api Bebas Halogen untuk Sistem Salutan TPU Menggunakan Pelarut DMF
Bagi sistem salutan TPU yang menggunakan Dimetil Formamida (DMF) sebagai pelarut, penggunaan aluminium hipofosfit (AHP) dan zink borat (ZB) sebagai kalis api memerlukan penilaian yang sistematik. Di bawah ialah analisis terperinci dan pelan pelaksanaan:
I. Analisis Kebolehlaksanaan Aluminium Hypophosphite (AHP)
1. Mekanisme dan Kelebihan Kalis Api
- Mekanisme:
- Terurai pada suhu tinggi untuk menjana asid fosforik dan metafosforik, menggalakkan pembentukan arang dalam TPU (rencat api fasa terkondensasi).
- Mengeluarkan radikal PO· untuk mengganggu tindak balas rantai pembakaran (rencat nyala fasa gas).
- Kelebihan:
- Bebas halogen, asap rendah, ketoksikan rendah, mematuhi RoHS/REACH.
- Kestabilan terma yang baik (suhu penguraian ≈300°C), sesuai untuk proses pengeringan TPU (biasanya <150°C).
2. Cabaran dan Penyelesaian Aplikasi
| Cabaran | Penyelesaian |
| Penyerakan yang lemah dalam DMF | Gunakan AHP yang diubah suai permukaan (cth, ejen gandingan silane KH-550). Proses pra-penyebaran: AHP kilang bebola dengan DMF dan dispersant (cth, BYK-110) kepada saiz zarah <5μm. |
| Keperluan pemuatan tinggi (20-30%) | Kombinasi sinergistik dengan ZB atau melamine cyanurate (MCA) untuk mengurangkan jumlah muatan kepada 15-20%. |
| Ketelusan salutan dikurangkan | Gunakan AHP bersaiz nano (saiz zarah <1μm) atau campurkan dengan kalis api lutsinar (cth, fosfat organik). |
3. Cadangan Formulasi dan Proses
- Contoh Rumusan:
- Pangkalan TPU/DMF: 100 phr
- AHP diubah suai permukaan: 20 phr
- Zink borat (ZB): 5 phr (sinergi penindasan asap)
- Dispersant (BYK-110): 1.5 phr
- Perkara Utama Proses:
- Pracampur AHP dengan dispersan dan DMF separa di bawah ricih tinggi (≥3000 rpm, 30 min), kemudian gaul dengan buburan TPU.
- Pengeringan selepas salutan: 120-150°C, lanjutkan masa sebanyak 10% untuk memastikan penyejatan DMF lengkap.
II. Analisis Kebolehlaksanaan Zink Borat (ZB)
1. Mekanisme dan Kelebihan Kalis Api
- Mekanisme:
- Membentuk lapisan kaca B₂O₃ pada suhu tinggi, menyekat oksigen dan haba (rencat nyala fasa terkondensasi).
- Mengeluarkan air terikat (~13%), mencairkan gas mudah terbakar dan menyejukkan sistem.
- Kelebihan:
- Kesan sinergi yang kuat dengan AHP atau aluminium trihydroxide (ATH).
- Penindasan asap yang sangat baik, sesuai untuk aplikasi asap rendah.
2. Cabaran dan Penyelesaian Aplikasi
| Cabaran | Penyelesaian |
| Kestabilan serakan yang lemah | Gunakan ZB bersaiz nano (<500nm) dan agen pembasahan (cth, TegoDispers 750W). |
| Kecekapan kalis api rendah (pemuatan tinggi diperlukan) | Gunakan sebagai sinergi (5-10%) dengan kalis api utama (cth, AHP atau fosforus organik). |
| Fleksibiliti salutan berkurangan | Gantikan dengan pemplastik (cth, DOP atau poliester poliol). |
3. Cadangan Formulasi dan Proses
- Contoh Rumusan:
- Pangkalan TPU/DMF: 100 phr
- ZB bersaiz nano: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Agen pembasahan (Tego 750W): 1 phr
- Perkara Utama Proses:
- Pra-sebarkan ZB dalam DMF melalui pengilangan manik (saiz zarah ≤2μm) sebelum dicampur dengan buburan TPU.
- Panjangkan masa pengeringan (cth, 30 min) untuk mengelakkan baki lembapan yang menjejaskan retardansi nyalaan.
III. Penilaian Sinergis Sistem AHP + ZB
1. Kesan Kalis Api Sinergis
- Sinergi Fasa Gas & Fasa Pekat:
- AHP membekalkan fosforus untuk hangus, manakala ZB menstabilkan lapisan arang dan menyekat cahaya matahari.
- LOI gabungan: 28-30%, UL94 V-0 (1.6mm) boleh dicapai.
- Penindasan Asap:
- ZB mengurangkan pelepasan asap sebanyak >50% (ujian Kalorimeter Kon).
2. Syor Pengimbangan Prestasi
- Pampasan Harta Mekanikal:
- Tambah 2-3% TPU plasticizer (cth, polycaprolactone polyol) untuk mengekalkan fleksibiliti (pemanjangan >300%).
- Gunakan serbuk ultrahalus (AHP/ZB <2μm) untuk meminimumkan kehilangan kekuatan tegangan.
- Kawalan Kestabilan Proses:
- Mengekalkan kelikatan buburan pada 2000-4000 cP (Brookfield RV, gelendong 4, 20 rpm) untuk salutan seragam.
IV. Perbandingan dengan Kalis Api Cecair Berasaskan Pelarut
| Parameter | Sistem AHP + ZB | Fosforus-Nitrogen FR Cecair (cth, Levagard 4090N) |
| Memuatkan | 20-30% | 15-25% |
| Kesukaran Penyerakan | Memerlukan pra-rawatan (pengubahsuaian ricih/permukaan tinggi) | Pembubaran langsung, tiada penyebaran diperlukan |
| kos | Rendah (~$3-5/kg) | Tinggi (~$10-15/kg) |
| Kesan Alam Sekitar | Bebas halogen, ketoksikan rendah | Mungkin mengandungi halogen (bergantung kepada produk) |
| Ketelusan Salutan | Separuh lut sinar kepada legap | Sangat telus |
V. Cadangan Langkah Pelaksanaan
- Ujian Skala Makmal:
- Nilaikan AHP/ZB secara individu dan gabungan (pemuatan kecerunan: 10%, 15%, 20%).
- Menilai kestabilan serakan (tiada pemendapan selepas 24j), perubahan kelikatan dan keseragaman salutan.
- Pengesahan Skala Juruterbang:
- Optimumkan keadaan pengeringan (masa/suhu) dan uji kalis api (UL94, LOI) dan sifat mekanikal.
- Bandingkan kos: Jika AHP+ZB mengurangkan kos sebanyak >30% berbanding FR cair, ia berdaya maju dari segi ekonomi.
- Persediaan Berskala:
- Bekerjasama dengan pembekal untuk membangunkan kumpulan induk AHP/ZB pra-dispersi (berasaskan DMF) untuk pengeluaran yang dipermudahkan.
VI. Kesimpulan
Dengan proses penyebaran terkawal, AHP dan ZB boleh berfungsi sebagai kalis api yang berkesan untuk salutan TPU/DMF, dengan syarat:
- Pengubahsuaian permukaan + penyebaran ricih tinggidigunakan untuk mengelakkan penggumpalan zarah.
- AHP (utama) + ZB (sinergi)mengimbangi kecekapan dan kos.
- Untukketelusan/fleksibiliti yang tinggikeperluan, FR fosforus-nitrogen cecair (cth, Levagard 4090N) kekal lebih baik.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd.(ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Masa siaran: Mei-22-2025
