Formulation ignifuge sans halogène pour système de revêtement TPU utilisant du solvant DMF

Formulation ignifuge sans halogène pour système de revêtement TPU utilisant du solvant DMF

Pour les systèmes de revêtement TPU utilisant le diméthylformamide (DMF) comme solvant, l'utilisation de l'hypophosphite d'aluminium (AHP) et du borate de zinc (ZB) comme retardateurs de flamme nécessite une évaluation systématique. Vous trouverez ci-dessous une analyse détaillée et un plan de mise en œuvre :

I. Analyse de faisabilité de l'hypophosphite d'aluminium (AHP)

1. Mécanisme et avantages de la protection contre les flammes

• Mécanisme:
• Se décompose à haute température pour générer des acides phosphorique et métaphosphorique, favorisant la formation de charbon dans le TPU (retardateur de flamme en phase condensée).
• Libère des radicaux PO· pour interrompre les réactions en chaîne de combustion (retardateur de flamme en phase gazeuse).
• Avantages :
• Sans halogène, faible dégagement de fumée, faible toxicité, conforme aux normes RoHS/REACH.
• Bonne stabilité thermique (température de décomposition ≈300°C), convient aux procédés de séchage du TPU (généralement <150°C).

2. Défis et solutions liés à l'application

3. Formulation et procédé recommandés

• Exemple de formulation :
• Base TPU/DMF : 100 phr
• AHP modifié en surface : 20 phr
• Borate de zinc (ZB) : 5 phr (synergie de suppression de la fumée)
• Dispersant (BYK-110) : 1,5 phr
• Points clés du processus :
• Prémélanger l'AHP avec un dispersant et du DMF partiel sous cisaillement élevé (≥3000 tr/min, 30 min), puis mélanger avec une suspension de TPU.
• Séchage après revêtement : 120-150 °C, prolonger le temps de 10 % pour assurer l'évaporation complète du DMF.

II. Analyse de faisabilité du borate de zinc (ZB)

1. Mécanisme et avantages de la protection contre les flammes

• Mécanisme:
• Forme une couche de verre B₂O₃ à haute température, bloquant l'oxygène et la chaleur (retardateur de flamme en phase condensée).
• Libère l'eau liée (~13%), diluant les gaz inflammables et refroidissant le système.
• Avantages :
• Fort effet synergique avec l'AHP ou le trihydroxyde d'aluminium (ATH).
• Excellente suppression de la fumée, idéale pour les applications à faible émission de fumée.

2. Défis et solutions liés à l'application

3. Formulation et procédé recommandés

• Exemple de formulation :
• Base TPU/DMF : 100 phr
• ZB de taille nanométrique : 8 phr
• AHP : 15 phr
• Agent mouillant (Tego 750W) : 1 pce
• Points clés du processus :
• Prédisperser le ZB dans du DMF par broyage à billes (taille des particules ≤2μm) avant de le mélanger avec la suspension de TPU.
• Prolongez le temps de séchage (par exemple, 30 min) pour éviter que l'humidité résiduelle n'affecte la résistance au feu.

III. Évaluation synergique du système AHP + ZB

1. Effets synergiques ignifuges

• Synergie entre phase gazeuse et phase condensée :
• L'AHP fournit le phosphore nécessaire à la carbonisation, tandis que le ZB stabilise la couche de charbon et supprime la rémanence.
• LOI combiné : 28-30 %, UL94 V-0 (1,6 mm) réalisable.
• Suppression de la fumée :
• ZB réduit les émissions de fumée de plus de 50 % (test au calorimètre à cône).

2. Recommandations en matière d'équilibrage des performances

• Indemnisation des biens mécaniques :
• Ajouter 2 à 3 % de plastifiant TPU (par exemple, polyol de polycaprolactone) pour maintenir la flexibilité (allongement > 300 %).
• Utilisez des poudres ultrafines (AHP/ZB <2μm) pour minimiser la perte de résistance à la traction.
• Contrôle de la stabilité du processus :
• Maintenir la viscosité de la suspension à 2000-4000 cP (Brookfield RV, broche 4, 20 tr/min) pour un revêtement uniforme.

IV. Comparaison avec les retardateurs de flamme liquides à base de solvants

V. Étapes de mise en œuvre recommandées

1. Tests à l'échelle du laboratoire :

• Évaluer AHP/ZB individuellement et en combinaison (chargement progressif : 10 %, 15 %, 20 %).
• Évaluer la stabilité de la dispersion (absence de sédimentation après 24 h), les changements de viscosité et l'uniformité du revêtement.

1. Validation à l'échelle pilote :

• Optimiser les conditions de séchage (temps/température) et tester la résistance au feu (UL94, LOI) et les propriétés mécaniques.
• Comparer les coûts : Si AHP+ZB réduit les coûts de plus de 30 % par rapport aux FR liquides, il est économiquement viable.

1. Préparation à la mise à l'échelle :

• Collaborer avec les fournisseurs pour développer des mélanges-maîtres AHP/ZB pré-dispersés (à base de DMF) pour une production simplifiée.

VI. Conclusion

Grâce à des procédés de dispersion contrôlés, l'AHP et le ZB peuvent servir d'ignifugeants efficaces pour les revêtements TPU/DMF, à condition que :

1. Modification de surface + dispersion à cisaillement élevéest appliqué pour empêcher l'agglomération des particules.
2. AHP (primaire) + ZB (synergiste)équilibre l'efficacité et le coût.
3. Pourhaute transparence/flexibilitéPour répondre aux exigences, les retardateurs de flamme liquides phosphore-azote (par exemple, Levagard 4090N) restent préférables.

Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd. (ISO & REACH)

Email: lucy@taifeng-fr.com