تحليل وتحسين تركيبة مثبطات اللهب لطلاءات البولي فينيل كلوريد

تحليل وتحسين تركيبة مثبطات اللهب لطلاءات البولي فينيل كلوريد

يُصنّع العميل خيامًا من مادة PVC، ويحتاج إلى طلاء مقاوم للهب. تتكون التركيبة الحالية من 60 جزءًا من راتنج PVC، و40 جزءًا من TOTM، و30 جزءًا من هيبوفوسفيت الألومنيوم (بنسبة فوسفور 40%)، و10 أجزاء من MCA، و8 أجزاء من بورات الزنك، بالإضافة إلى مُشتِّتات. مع ذلك، فإن أداء مُثبِّطات اللهب ضعيف، كما أن تشتُّت مُثبِّطات اللهب غير كافٍ. فيما يلي تحليل للأسباب وتعديل مُقترح للتركيبة.

أولا: الأسباب الرئيسية لضعف مقاومة اللهب

1. نظام مثبط للهب غير متوازن مع تأثيرات تآزرية ضعيفة

• فرط هيبوفوسفيت الألومنيوم (30 جزءًا):
  على الرغم من أن هيبوفوسفيت الألومنيوم هو مثبط فعال للهب يعتمد على الفوسفور (يحتوي على 40% من الفوسفور)، فإن الإضافة المفرطة (>25 جزءًا) يمكن أن تؤدي إلى:
• زيادة حادة في لزوجة النظام، مما يجعل التشتت صعبًا ويشكل نقاطًا ساخنة متكتلة تعمل على تسريع الاحتراق ("تأثير الفتيل").
• انخفاض صلابة المواد وضعف خصائص تشكيل الفيلم بسبب الحشو غير العضوي الزائد.
• محتوى عالي من MCA (10 أجزاء):
  يُستخدم عادةً حمض النيتروز (MCA) كعامل مُؤازر. عندما تتجاوز الجرعة 5 أجزاء، يميل إلى الانتقال إلى السطح، مما يُضعف كفاءة مثبطات اللهب، وقد يتداخل مع مثبطات اللهب الأخرى.
• عدم وجود المتآزرين الرئيسيين:
  على الرغم من أن بورات الزنك له تأثيرات مضادة للدخان، فإن غياب المركبات القائمة على الأنتيمون (على سبيل المثال، ثالث أكسيد الأنتيمون) أو أكسيد المعدن (على سبيل المثال، هيدروكسيد الألومنيوم) يمنع تكوين نظام تآزري "الفوسفور والنيتروجين والأنتيمون"، مما يؤدي إلى عدم كفاية مثبطات اللهب في الطور الغازي.

2. عدم التوافق بين اختيار المُلدِّنات وأهداف مقاومة اللهب

• تتمتع مادة TOTM (ثلاثي أوكتيل تريميليتات) بقدرة محدودة على مقاومة اللهب:
  يتميز TOTM بمقاومة عالية للحرارة، ولكنه أقل فعالية بكثير في مقاومة اللهب مقارنةً بإسترات الفوسفات (مثل TOTP). في التطبيقات عالية مقاومة اللهب، مثل طلاءات الخيام، لا يوفر TOTM قدرة كافية على الاحتراق وحجب الأكسجين.
• كمية غير كافية من الملدنات الكلية (40 جزءًا فقط):
  يتطلب راتنج PVC عادةً ما بين 60 و75 جزءًا من المُليّنات للتلدين الكامل. يؤدي انخفاض محتوى المُليّنات إلى لزوجة عالية عند الذوبان، مما يُفاقم مشاكل تشتت مثبطات اللهب.

3. نظام توزيع غير فعال يؤدي إلى توزيع غير متساوٍ لمثبطات اللهب

• قد يكون المشتت الحالي من النوع متعدد الأغراض (على سبيل المثال، حمض دهني أو شمع البولي إيثيلين)، وهو غير فعال في مثبطات اللهب غير العضوية عالية التحميل (هيبوفوسفيت الألومنيوم + بورات الزنك بإجمالي 48 جزءًا)، مما يسبب:
• تكتل جزيئات مثبطة للهب، مما يؤدي إلى إنشاء نقاط ضعف موضعية في الطلاء.
• ضعف تدفق المصهور أثناء المعالجة، مما يؤدي إلى توليد حرارة القص التي تؤدي إلى التحلل المبكر.

4. ضعف التوافق بين مثبطات اللهب والـ PVC

• تختلف قطبية المواد غير العضوية، مثل هيبوفوسفيت الألومنيوم وبورات الزنك، بشكل كبير عن كلوريد البوليفينيل (PVC). دون تعديل السطح (مثل عوامل اقتران السيلان)، يحدث فصل طوري، مما يقلل من كفاءة مثبطات اللهب.

II. نهج التصميم الأساسي

1. استبدال الملدن الأساسي بـ TOTP

• استفد من قدرتها الممتازة على مقاومة اللهب (محتوى الفوسفور ≈9%) وتأثيرها البلاستيكي.

2. تحسين نسب مثبطات اللهب والتآزر

• احتفظ بالفوسفوريت الألومنيوم كمصدر أساسي للفوسفور ولكن قلل جرعته بشكل كبير لتحسين التشتت وتقليل "تأثير الفتيل".
• الاحتفاظ ببورات الزنك باعتباره عامل تآزري رئيسي (يعزز التفحيم وقمع الدخان).
• الاحتفاظ بـ MCA باعتباره عامل تآزر للنيتروجين ولكن تقليل جرعته لمنع الهجرة.
• يقدمهيدروكسيد الألومنيوم فائق الدقة (ATH)كمكون متعدد الوظائف:
• مقاومة اللهب:التحلل الحراري (الجفاف)، والتبريد، وتخفيف الغازات القابلة للاشتعال.
• إخماد الدخان:يقلل بشكل كبير من توليد الدخان.
• حشو:انخفاض التكاليف (مقارنة بمثبطات اللهب الأخرى).
• تحسين التشتت والتدفق (الدرجة فائقة الدقة):أسهل في التشتت من ATH التقليدي، مما يقلل من زيادة اللزوجة.

3. حلول قوية لقضايا التشتت

• زيادة محتوى الملدنات بشكل كبير:ضمان التليين الكامل للـ PVC وتقليل لزوجة النظام.
• استخدم المشتتات الفائقة عالية الكفاءة:تم تصميمه خصيصًا للمساحيق غير العضوية عالية التحميل وسهلة التكتل (هيبوفوسفيت الألومنيوم، ATH).
• تحسين المعالجة (الخلط المسبق أمر بالغ الأهمية):تأكد من التبليل الكامل وتوزيع مثبطات اللهب.

4. ضمان استقرار المعالجة الأساسية

• أضف كمية كافية من مثبتات الحرارة ومواد التشحيم المناسبة.

ثالثًا. الصيغة المُعدّلة لمادة PVC المقاومة للهب

رابعًا: ملاحظات الصيغة والنقاط الرئيسية

1. TOTP هي المؤسسة الأساسية

• 65-75 جزءًايضمن:
• التليين الكامل: يتطلب البولي فينيل كلوريد كمية كافية من الملدنات لتكوين طبقة ناعمة ومتواصلة.
• تخفيض اللزوجة: أمر بالغ الأهمية لتحسين تشتت مثبطات اللهب غير العضوية عالية الحمولة.
• مقاومة الحريق الجوهرية: TOTP في حد ذاته عبارة عن مادة ملينة مقاومة للحريق وفعالة للغاية.

2. التآزر المقاوم للهب

• التآزر بين PNB وAl:يوفر هيبوفوسفيت الألومنيوم (P) + MCA (N) تآزرًا أساسيًا مع PN. يعزز بورات الزنك (B، Zn) عملية التفحيم وتثبيط الدخان. يوفر Ultrafine ATH (Al) تبريدًا ماصًا للحرارة وتثبيطًا للدخان. يساهم TOTP أيضًا في الفوسفور، مما يُنشئ نظامًا تآزريًا متعدد العناصر.
• دور ATH:يُساهم 25-35 جزءًا من ATH فائق الدقة بشكل كبير في مقاومة اللهب وقمع الدخان. يمتص تحلله الماص للحرارة الحرارة، بينما يُخفف بخار الماء المُنطلق الأكسجين والغازات القابلة للاشتعال.يعتبر ATH فائق الدقة والمعالج بالسطح أمرًا بالغ الأهميةلتقليل تأثير اللزوجة وتحسين توافق مادة PVC.
• هيبوفوسفيت الألومنيوم المختزل:تم تخفيضها من 30 إلى 15-20 جزءًا لتخفيف العبء على النظام مع الحفاظ على مساهمة الفوسفور.
• انخفاض MCA:تم تخفيضها من 10 إلى 4-6 أجزاء لمنع الهجرة.

3. حل التشتت - أمر بالغ الأهمية للنجاح

• مادة فائقة التشتت (3-4 أجزاء):ضروري للتعامل مع الأحمال العالية (50-70 جزءًا من الحشوات غير العضوية في المجمل!)، والنظام الذي يصعب تشتيته (هيبوفوسفيت الألومنيوم + ATH فائق الدقة + بورات الزنك).المشتتات العادية (على سبيل المثال، ستيرات الكالسيوم، شمع البولي إيثيلين) غير كافية!استثمر في المشتتات الفائقة ذات الكفاءة العالية واستخدم كميات كافية.
• محتوى الملدنات (65-75 جزءًا):كما هو مذكور أعلاه، يقلل اللزوجة الإجمالية، مما يخلق بيئة أفضل للانتشار.
• مواد التشحيم (1-2 جزء):يضمن الجمع بين مواد التشحيم الداخلية والخارجية تدفقًا جيدًا أثناء الخلط والطلاء، مما يمنع الالتصاق.

4. المعالجة - بروتوكول الخلط المسبق الصارم

• الخطوة 1 (خلط المساحيق غير العضوية الجافة):
• أضف هيبوفوسفيت الألومنيوم، وATH فائق الدقة، وبورات الزنك، وMCA، وكل المواد المشتتة الفائقة إلى خلاط عالي السرعة.
• اخلط على درجة حرارة ٨٠-٩٠ درجة مئوية لمدة ٨-١٠ دقائق. الهدف: التأكد من تغطية كل جسيم بالكامل بالمشتت الفائق، وتفتيت التكتلات.الوقت ودرجة الحرارة مهمين للغاية!
• الخطوة 2 (تكوين الملاط):
• أضف معظم TOTP (على سبيل المثال، 70-80%)، وجميع مثبتات الحرارة، ومواد التشحيم الداخلية إلى الخليط من الخطوة 1.
• اخلط على درجة حرارة 90-100 درجة مئوية لمدة 5-7 دقائق لتكوين عجينة متجانسة وسلسة مقاومة للهب. تأكد من ترطيب المساحيق بالكامل بالمُلَيِّنات.
• الخطوة 3 (إضافة PVC والمكونات المتبقية):
• أضف راتنج PVC، وTOTP المتبقي، ومواد التشحيم الخارجية (ومضادات الأكسدة/مثبتات الأشعة فوق البنفسجية، إذا تمت إضافتها في هذه المرحلة).
• قم بالخلط على درجة حرارة 100-110 درجة مئوية لمدة 7-10 دقائق حتى الوصول إلى "نقطة الجفاف" (تدفق حر، بدون تكتلات).تجنب الإفراط في الخلط لمنع تدهور مادة البولي فينيل كلوريد.
• تبريد:قم بتفريغ الخليط وتبريده إلى أقل من 50 درجة مئوية لمنع التكتل.

5. المعالجة اللاحقة

• استخدمي الخليط الجاف المبرد للتقويم أو الطلاء.
• التحكم في درجة حرارة المعالجة بشكل صارم (درجة حرارة الانصهار الموصى بها ≤170–175 درجة مئوية) لتجنب فشل المثبت أو التحلل المبكر لمثبطات اللهب (على سبيل المثال، ATH).

الخامس. النتائج المتوقعة والاحتياطات

• مقاومة اللهب:مقارنةً بالتركيبة الأصلية (TOTM + نسبة عالية من هيبوفوسفيت الألومنيوم/MCA)، يُتوقع أن تُحسّن هذه التركيبة المُعدّلة (TOTP + نسب مُحسّنة من الفوسفور/النيتروجين/البروم/الألومنيوم) من مقاومة اللهب بشكل ملحوظ، خاصةً في أداء الاحتراق الرأسي وإخماد الدخان. معايير مُستهدفة مثل CPAI-84 للخيام. الاختبارات الرئيسية: ASTM D6413 (الاحتراق الرأسي).
• تشتت:يجب أن يعمل المشتت الفائق + الملدن العالي + الخلط المسبق الأمثل على تحسين التشتت بشكل كبير، مما يقلل التكتل ويحسن تجانس الطلاء.
• قابلية المعالجة:يجب أن تضمن TOTP ومواد التشحيم الكافية المعالجة السلسة، ولكن يجب مراقبة اللزوجة والالتصاق أثناء الإنتاج الفعلي.
• يكلف:TOTP والمشتتات الفائقة باهظة الثمن، لكن هيبوفوسفيت الألومنيوم المخفّض وMCA يعوّضان بعض التكاليف. ATH منخفض التكلفة نسبيًا.

تذكيرات هامة:

• التجارب على نطاق صغير أولاً!اختبار في المختبر وتعديله بناءً على المواد الفعلية (خاصة أداء ATH والمشتت الفائق) والمعدات.
• اختيار المواد:
• أث:يجب استخدام أنواع فائقة الدقة (D50 ≤ 2 ميكرومتر) ومعالجة سطحيًا (مثل السيلان). استشر الموردين للحصول على توصيات متوافقة مع كلوريد البوليفينيل (PVC).
• المشتتات الفائقة:يجب استخدام أنواع عالية الكفاءة. يُرجى إبلاغ الموردين بالتطبيق (بولي فينيل كلوريد، حشوات غير عضوية عالية التحمل، مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين).
• TOTP:ضمان الجودة العالية.
• الاختبار:إجراء اختبارات صارمة لمقاومة اللهب وفقًا للمعايير المستهدفة. كذلك، تقييم مقاومة الشيخوخة والماء (وهو أمر بالغ الأهمية للخيام الخارجية!). مثبّتات الأشعة فوق البنفسجية ومضادات الأكسدة ضرورية.

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