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 hipofosfat (AHP) dan zink borat (ZB) sebagai perencat api memerlukan penilaian sistematik. Berikut ialah analisis terperinci dan pelan pelaksanaan:
I. Analisis Kebolehlaksanaan Aluminium Hipofosfit (AHP)
1. Mekanisme dan Kelebihan Kalis Api
- Mekanisme:
- Menguraikan pada suhu tinggi untuk menghasilkan asid fosforik dan metafosforik, menggalakkan pembentukan arang dalam TPU (kalis api fasa terkondensasi).
- Membebaskan radikal PO· untuk mengganggu tindak balas rantai pembakaran (kawalan nyalaan 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 |
| Penyebaran yang lemah dalam DMF | Gunakan AHP yang diubah suai permukaan (cth., agen gandingan silana KH-550). Proses pra-penyebaran: AHP kilang bebola dengan DMF dan penyebar (cth., BYK-110) sehingga saiz zarah <5μm. |
| Keperluan pemuatan tinggi (20-30%) | Gabungan sinergi dengan ZB atau melamin sianurat (MCA) untuk mengurangkan jumlah beban kepada 15-20%. |
| Ketelusan salutan yang dikurangkan | Gunakan AHP bersaiz nano (saiz zarah <1μm) atau campurkan dengan bahan kalis api lutsinar (cth., fosfat organik). |
3. Formulasi dan Proses yang Disyorkan
- Contoh Formulasi:
- Tapak TPU/DMF: 100 phr
- AHP yang diubah suai permukaan: 20 phr
- Zink borat (ZB): 5 phr (sinergi penindasan asap)
- Penyebar (BYK-110): 1.5 phr
- Perkara Utama Proses:
- Pra-campurkan AHP dengan bahan dispersan dan DMF separa di bawah ricih tinggi (≥3000 rpm, 30 min), kemudian kisar dengan buburan TPU.
- Pengeringan selepas salutan: 120-150°C, lanjutkan masa sebanyak 10% untuk memastikan penyejatan DMF yang 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 (kalis api fasa terkondensasi).
- Membebaskan air terikat (~13%), mencairkan gas mudah terbakar dan menyejukkan sistem.
- Kelebihan:
- Kesan sinergi yang kuat dengan AHP atau aluminium trihidroksida (ATH).
- Penekanan asap yang sangat baik, sesuai untuk aplikasi asap rendah.
2. Cabaran dan Penyelesaian Aplikasi
| Cabaran | Penyelesaian |
| Kestabilan penyebaran yang lemah | Gunakan ZB bersaiz nano (<500nm) dan agen pembasahan (cth., TegoDispers 750W). |
| Kecekapan kalis api yang rendah (beban tinggi diperlukan) | Gunakan sebagai sinergi (5-10%) dengan bahan perencat api primer (cth., AHP atau fosforus organik). |
| Fleksibiliti salutan yang dikurangkan | Gantikan dengan pemplastik (contohnya, DOP atau poliol poliester). |
3. Formulasi dan Proses yang Disyorkan
- Contoh Formulasi:
- Tapak TPU/DMF: 100 phr
- ZB bersaiz nano: 8 phr
- AHP: 15 phr
- Agen pembasahan (Tego 750W): 1 phr
- Perkara Utama Proses:
- Pra-serpihkan ZB dalam DMF melalui pengilangan manik (saiz zarah ≤2μm) sebelum dicampurkan dengan buburan TPU.
- Panjangkan masa pengeringan (cth., 30 minit) untuk mengelakkan kelembapan sisa yang menjejaskan kalis api.
III. Penilaian Sinergi Sistem AHP + ZB
1. Kesan Kalis Api Sinergis
- Sinergi Fasa Gas & Fasa Terkondensasi:
- AHP membekalkan fosforus untuk pembakaran, manakala ZB menstabilkan lapisan arang dan menyekat cahaya selepas pembakaran.
- LOI gabungan: 28-30%, UL94 V-0 (1.6mm) boleh dicapai.
- Penindasan Asap:
- ZB mengurangkan pelepasan asap sebanyak >50% (Ujian Kalorimeter Kon).
2. Cadangan Pengimbangan Prestasi
- Pampasan Harta Mekanikal:
- Tambahkan 2-3% pemplastik TPU (contohnya, polikaprolakton poliol) untuk mengekalkan fleksibiliti (pemanjangan >300%).
- Gunakan serbuk ultrahalus (AHP/ZB <2μm) untuk meminimumkan kehilangan kekuatan tegangan.
- Kawalan Kestabilan Proses:
- Kekalkan kelikatan buburan pada 2000-4000 cP (Brookfield RV, gelendong 4, 20 rpm) untuk salutan seragam.
IV. Perbandingan dengan Bahan Perencat Api Cecair Berasaskan Pelarut
| Parameter | Sistem AHP + ZB | Cecair Fosforus-Nitrogen FR (cth, Levagard 4090N) |
| Memuatkan | 20-30% | 15-25% |
| Kesukaran Penyebaran | Memerlukan pra-rawatan (pengubahsuaian ricih/permukaan yang tinggi) | Pembubaran langsung, tiada penyebaran diperlukan |
| Kos | Rendah (~$3-5/kg) | Tinggi (~$10-15/kg) |
| Impak Alam Sekitar | Bebas halogen, ketoksikan rendah | Mungkin mengandungi halogen (bergantung pada produk) |
| Ketelusan Salutan | Separuh lut sinar kepada legap | Sangat telus |
V. Langkah-langkah Pelaksanaan yang Disyorkan
- Ujian Skala Makmal:
- Nilaikan AHP/ZB secara individu dan secara gabungan (beban kecerunan: 10%, 15%, 20%).
- Nilaikan kestabilan penyebaran (tiada pemendapan selepas 24 jam), perubahan kelikatan dan keseragaman salutan.
- Pengesahan Skala Rintis:
- 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 cecair, ia adalah berdaya maju dari segi ekonomi.
- Persediaan Peningkatan Skala:
- Bekerjasama dengan pembekal untuk membangunkan kumpulan induk AHP/ZB pra-tersebar (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 mencegah penggumpalan zarah.
- AHP (utama) + ZB (sinergis)mengimbangi kecekapan dan kos.
- Untukketelusan/fleksibiliti yang tinggikeperluan, FR fosforus-nitrogen cecair (contohnya, Levagard 4090N) kekal lebih baik.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd.(ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Masa siaran: 22 Mei 2025
