تحويل التركيبة لجلد البولي فينيل كلوريد المقاوم للهب والخالي من الهالوجين

تحويل التركيبة لجلد البولي فينيل كلوريد المقاوم للهب والخالي من الهالوجين

مقدمة

يُنتج العميل جلدًا من مادة PVC المقاومة للهب، بالإضافة إلى ثالث أكسيد الأنتيمون (Sb₂O₃) المستخدم سابقًا. ويهدف الآن إلى التخلص من Sb₂O₃ والتحول إلى مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين. تتضمن التركيبة الحالية PVC، وDOP، ​​وEPOXY، وBZ-500، وST، وHICOAT-410، والأنتيمون. يُمثل الانتقال من تركيبة جلد PVC القائمة على الأنتيمون إلى نظام مثبط للهب خالٍ من الهالوجين نقلة تكنولوجية هامة. لا يتوافق هذا التحول مع اللوائح البيئية الصارمة (مثل RoHS وREACH) فحسب، بل يُعزز أيضًا صورة المنتج "الصديقة للبيئة" وقدرته التنافسية في السوق.

التحديات الرئيسية

1. فقدان التأثير التآزري:
   • Sb₂O₃ ليس مثبطًا قويًا للهب بمفرده، ولكنه يُظهر تأثيرات مثبطة للهب تآزرية ممتازة مع الكلور في بولي كلوريد الفينيل، مما يُحسّن الكفاءة بشكل ملحوظ. تتطلب إزالة الأنتيمون إيجاد نظام بديل خالٍ من الهالوجين يُحاكي هذا التآزر.
2. كفاءة مقاومة اللهب:
   • غالبًا ما تتطلب مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين أحمالًا أعلى لتحقيق تصنيفات مثبطة للهب مكافئة (على سبيل المثال، UL94 V-0)، مما قد يؤثر على الخصائص الميكانيكية (النعومة، وقوة الشد، والاستطالة)، وأداء المعالجة، والتكلفة.
3. خصائص جلد البولي فينيل كلوريد:
   • يتطلب جلد البولي فينيل كلوريد نعومةً فائقة، وملمسًا ناعمًا، وتشطيبًا سطحيًا (نقشًا ولمعانًا)، ومقاومةً للعوامل الجوية، ومقاومةً للهجرة، ومرونةً في درجات الحرارة المنخفضة. يجب أن تحافظ التركيبة الجديدة على هذه الخصائص أو تُضاهيها تقريبًا.
4. أداء المعالجة:
   • قد تؤثر الأحمال العالية من الحشوات الخالية من الهالوجين (على سبيل المثال، ATH) على تدفق المصهور واستقرار المعالجة.
5. اعتبارات التكلفة:
   • بعض مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين عالية الكفاءة باهظة الثمن، مما يتطلب تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة.

استراتيجية اختيار أنظمة مقاومة اللهب الخالية من الهالوجين (للجلود الصناعية المصنوعة من مادة البولي فينيل كلوريد)

1. مثبطات اللهب الأولية - هيدروكسيدات المعادن

• ثلاثي هيدروكسيد الألومنيوم (ATH):
  • الأكثر شيوعًا وفعالية من حيث التكلفة.
  • الآلية: التحلل الحراري (~200 درجة مئوية)، وإطلاق بخار الماء لتخفيف الغازات القابلة للاشتعال والأكسجين مع تكوين طبقة سطحية واقية.
  • العيوب: كفاءة منخفضة، يتطلب تحميل عالي (40-70 جزء في المليون في الساعة)، يقلل بشكل كبير من النعومة والاستطالة وقابلية المعالجة؛ درجة حرارة التحلل منخفضة.
• هيدروكسيد المغنيسيوم (MDH):
  • درجة حرارة تحلل أعلى (~340 درجة مئوية)، مناسبة بشكل أفضل لمعالجة البولي فينيل كلوريد (160-200 درجة مئوية).
  • العيوب: الحاجة إلى أحمال عالية مماثلة (40-70 phr)؛ تكلفة أعلى قليلاً من ATH؛ قد يكون لديها امتصاص أعلى للرطوبة.

الاستراتيجية:

• يفضل استخدام MDH أو مزيج من ATH/MDH (على سبيل المثال، 70/30) لتحقيق التوازن بين التكلفة وقابلية التكيف مع درجة حرارة المعالجة ومقاومة اللهب.
• يعمل ATH/MDH المعالج بالسطح (على سبيل المثال، المقترن بالسيلان) على تحسين التوافق مع PVC، ويخفف من تدهور الخصائص، ويعزز مقاومة اللهب.

2. مواد التآزر المقاومة للهب

لتقليل الأحمال المثبطة للهب الأولية وتحسين الكفاءة، فإن المواد التآزرية ضرورية:

• مثبطات اللهب الفوسفورية والنيتروجينية: مثالية لأنظمة PVC الخالية من الهالوجين.
  • بولي فوسفات الأمونيوم (APP): يعزز التفحيم، ويشكل طبقة عازلة منتفخة.
    • ملاحظة: استخدم درجات مقاومة لدرجات الحرارة العالية (مثل المرحلة الثانية، >280 درجة مئوية) لتجنب التحلل أثناء المعالجة. قد تؤثر بعض المواد اللاصقة على الشفافية ومقاومة الماء.
  • ثنائي إيثيل فوسفينات الألومنيوم (ADP): كفاءة عالية، تحميل منخفض (5-20 جزء في المليون في الساعة)، تأثير ضئيل على الخصائص، استقرار حراري جيد.
    • العيب: التكلفة الأعلى.
  • إسترات الفوسفات (على سبيل المثال، RDP، BDP، TCPP): تعمل كمثبطات للهب ملينة.
    • الإيجابيات: دور مزدوج (ملين + مثبط للهب).
    • السلبيات: قد تهاجر/تتطاير الجزيئات الصغيرة (على سبيل المثال، TCPP)؛ تتمتع RDP/BDP بكفاءة تليين أقل من DOP وقد تقلل من مرونة درجات الحرارة المنخفضة.
• بورات الزنك (ZB):
  • منخفض التكلفة، متعدد الوظائف (مثبط للهب، مانع للدخان، محفز للفحم، مانع للتنقيط). يتكامل جيدًا مع أنظمة ATH/MDH والفوسفور والنيتروجين. التحميل النموذجي: 3-10 أجزاء في الساعة.
• ستانات الزنك/ستانات الهيدروكسي:
  • مُثبطات دخان ممتازة ومُؤازرة مُثبطة للهب، خاصةً للبوليمرات المحتوية على الكلور (مثل كلوريد البوليفينيل). يُمكن أن تُغني جزئيًا عن دور الإثمد التآزري. التحميل النموذجي: ٢-٨ أجزاء في الدقيقة.
• مركبات الموليبدينوم (على سبيل المثال، MoO₃، موليبدات الأمونيوم):
  • مُخمدات دخان قوية ذات تأثير مثبط للهب. التحميل النموذجي: ٢-٥ نبضات في الساعة.
• الحشوات النانوية (على سبيل المثال، الطين النانوي):
  • تُحسّن الأحمال المنخفضة (3-8 أجزاء في الدقيقة) من مقاومة اللهب (تكوّن الفحم، وانخفاض معدل إطلاق الحرارة) والخصائص الميكانيكية. يُعدّ التشتت أمرًا بالغ الأهمية.

3. مثبطات الدخان

يُنتج البولي فينيل كلوريد (PVC) دخانًا كثيفًا أثناء الاحتراق. غالبًا ما تتطلب التركيبات الخالية من الهالوجين خاصية إخماد الدخان. تُعد مركبات بورات الزنك، وستانات الزنك، والموليبدينوم خيارات ممتازة.

تركيبة مقترحة لمثبطات اللهب الخالية من الهالوجين (بناءً على التركيبة الأصلية للعميل)

الهدف: تحقيق UL94 V-0 (1.6 مم أو أكثر سمكًا) مع الحفاظ على النعومة وقابلية المعالجة والخصائص الرئيسية.

الافتراضات:

• الصيغة الأصلية:
  • DOP: 50–70 phr (ملين).
  • ST: من المحتمل أن يكون حمض دهني (مادة تشحيم).
  • HICOAT-410: مثبت Ca/Zn.
  • BZ-500: من المحتمل أن يكون مادة تشحيم/مساعدة معالجة (للتأكيد).
  • إيبوكسي: زيت فول الصويا المؤكسد (مثبت مشارك/ملين).
  • الأنتيمون: Sb₂O₃ (يجب إزالته).

1. إطار التركيبة الموصى به (لكل 100 جزء في المليون من راتنج PVC)

2. مثال على الصياغة (يتطلب التحسين)

خطوات التنفيذ الحاسمة

1. تأكيد تفاصيل المواد الخام:
   • توضيح الهويات الكيميائية لـبي زد-500وST(راجع أوراق بيانات المورد).
   • التحقق من الأحمال الدقيقةDOP،إيبوكسي، وهيكوت-410.
   • تحديد متطلبات العميل: استهداف مقاومة اللهب (على سبيل المثال، سمك UL94)، النعومة (الصلابة)، التطبيق (السيارات، الأثاث، الحقائب؟)، الاحتياجات الخاصة (مقاومة البرد، استقرار الأشعة فوق البنفسجية، مقاومة التآكل؟)، حدود التكلفة.
2. اختر درجات مقاومة اللهب المحددة:
   • اطلب عينات مثبطة للهب خالية من الهالوجين ومصممة خصيصًا للجلد المصنوع من مادة PVC من الموردين.
   • إعطاء الأولوية لـ ATH/MDH المعالجة بالسطح لتحقيق تشتت أفضل.
   • بالنسبة للتطبيق، استخدم الدرجات المقاومة لدرجات الحرارة العالية.
   • بالنسبة لإسترات الفوسفات، يفضل استخدام RDP/BDP بدلاً من TCPP للهجرة الأقل.
3. الاختبار والتحسين على مستوى المختبر:
   • قم بإعداد دفعات صغيرة ذات أحمال متفاوتة (على سبيل المثال، ضبط نسب MDH/APP/ZB/ZS).
   • الخلط: استخدم خلاطات عالية السرعة (مثل هينشل) للحصول على توزيع متجانس. أضف السوائل (المُلَيِّنات والمُثَبِّتات) أولًا، ثم المساحيق.
   • تجارب المعالجة: اختبار على معدات الإنتاج (مثل خلاط بانبوري + الصقل). مراقبة زمن التلدين، لزوجة الذوبان، عزم الدوران، وجودة السطح.
   • اختبار الأداء:
     • مقاومة اللهب: UL94، LOI.
     • الخصائص الميكانيكية: الصلابة (الشاطئ أ)، قوة الشد، الاستطالة.
     • النعومة/ملمس اليد: اختبارات ذاتية + صلابة.
     • المرونة في درجات الحرارة المنخفضة: اختبار الانحناء البارد.
     • الاستقرار الحراري: اختبار الكونغو الأحمر.
     • المظهر: اللون، اللمعان، النقش.
     • (اختياري) كثافة الدخان: غرفة دخان NBS.
4. استكشاف الأخطاء وإصلاحها والموازنة:

5. المرحلة التجريبية والإنتاج: بعد تحسين المختبر، تُجرى تجارب تجريبية للتحقق من الاستقرار والاتساق والتكلفة. لا تُوسّع نطاق المنتج إلا بعد التحقق من صحته.

خاتمة

الانتقال من جلد البولي فينيل كلوريد المقاوم للهب، القائم على الأنتيمون، إلى جلد البولي فينيل كلوريد المقاوم للهب والخالي من الهالوجين، ممكن، ولكنه يتطلب تطويرًا منهجيًا. يجمع النهج الأساسي بين هيدروكسيدات المعادن (يفضل MDH المعالج سطحيًا)، ومعززات الفوسفور والنيتروجين (APP أو ADP)، ومثبطات الدخان متعددة الوظائف (بورات الزنك، وستانات الزنك). وفي الوقت نفسه، يُعد تحسين الملدنات، والمثبتات، ومواد التشحيم، ومساعدات المعالجة أمرًا بالغ الأهمية.

مفاتيح النجاح:

1. تحديد أهداف وقيود واضحة (مثبطات اللهب، الخصائص، التكلفة).
2. اختر مثبطات اللهب الخالية من الهالوجين (الحشوات المعالجة بالسطح، APP ذات درجة الحرارة العالية).
3. إجراء اختبارات معملية صارمة (مقاومة اللهب، الخصائص، المعالجة).
4. ضمان الخلط الموحد وتوافق العملية.

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