PVC 코팅용 난연제 배합 분석 및 최적화

PVC 코팅용 난연제 배합 분석 및 최적화

고객은 PVC 텐트를 제조하고 있으며 난연성 코팅을 적용해야 합니다. 현재 배합비는 PVC 수지 60부, TOTM 40부, 차아인산알루미늄(인 함량 40%) 30부, MCA 10부, 붕산아연 8부, 그리고 분산제로 구성되어 있습니다. 그러나 난연 성능이 좋지 않고 난연제의 분산도 불충분합니다. 그 이유를 분석하고 배합비 조정 방안을 제시합니다.

I. 난연성이 낮은 핵심 이유

1. 약한 상승효과를 지닌 불균형 난연 시스템

• 과도한 알루미늄 차아인산염(30부):
  알루미늄 차아인산염은 효율적인 인 기반 난연제(인 함량 40%)이지만, 과도한 첨가(25부 이상) 시 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
• 시스템 점도가 급격히 증가하여 분산이 어려워지고 연소를 가속화하는 응집된 핫스팟이 형성됩니다("심지 효과").
• 과도한 무기 충전재로 인해 재료의 인성이 감소하고 필름 형성 특성이 손상됩니다.
• 높은 MCA 함량(10부):
  MCA(질소계)는 일반적으로 상승제로 사용됩니다. 사용량이 5배를 초과하면 표면으로 이동하여 난연 효율을 포화시키고 다른 난연제와의 상호작용을 방해할 수 있습니다.
• 핵심 시너지 요인의 부족:
  붕산아연은 연기 억제 효과가 있지만, 안티몬 기반(예: 삼산화안티몬)이나 금속 산화물(예: 수산화알루미늄) 화합물이 없기 때문에 "인-질소-안티몬" 상승작용 시스템이 형성되지 않아 기체상 난연성이 부족합니다.

2. 가소제 선택과 난연성 목표 간의 불일치

• TOTM(트리옥틸 트리멜리테이트)은 난연성이 제한적입니다.
  TOTM은 내열성은 우수하지만, 인산에스테르(예: TOTP)에 비해 난연성이 훨씬 떨어집니다. 텐트 코팅과 같이 난연성이 높은 용도에서는 TOTM만으로는 충분한 탄화 및 산소 차단 성능을 제공할 수 없습니다.
• 총 가소제 부족(40부만 해당):
  PVC 수지는 완전한 가소화를 위해 일반적으로 60~75%의 가소제가 필요합니다. 가소제 함량이 낮으면 용융 점도가 높아져 난연제 분산 문제가 더욱 악화됩니다.

3. 불균일한 난연제 분포로 이어지는 비효율적인 분산 시스템

• 현재 분산제는 일반 용도 유형(예: 스테아르산 또는 PE 왁스)일 수 있으며, 이는 고부하 무기 난연제(알루미늄 차아인산염 + 아연 붕산염 총 48부)에 효과적이지 않아 다음과 같은 문제가 발생합니다.
• 난연제 입자가 응집되어 코팅에 국부적으로 약한 부분이 생깁니다.
• 가공 중에 용융 흐름이 좋지 않아 전단열이 발생하고 이로 인해 조기 분해가 발생합니다.

4. 난연제와 PVC의 낮은 호환성

• 차아인산알루미늄이나 붕산아연과 같은 무기 물질은 PVC와 극성 차이가 큽니다. 표면 개질(예: 실란 커플링제)이 없으면 상 분리가 발생하여 난연 효율이 저하됩니다.

II. 핵심 설계 접근 방식

1. 1차 가소제를 TOTP로 교체

• 우수한 내재적 난연성(인 함량 약 9%)과 가소화 효과를 활용합니다.

2. 난연제 비율 및 시너지 최적화

• 알루미늄 차아인산염을 핵심 인 공급원으로 유지하되, 분산을 개선하고 "심지 효과"를 최소화하기 위해 투여량을 크게 줄입니다.
• 아연 붕산염을 주요 상승제(탄화 및 연기 억제 촉진)로 유지합니다.
• MCA를 질소 상승제로 유지하되, 이동을 방지하기 위해 복용량을 줄입니다.
• 소개하다초미립 알루미늄 수산화물(ATH)다기능 구성 요소로서:
• 난연성:가연성 가스의 흡열 분해(탈수), 냉각 및 희석.
• 연기 억제:연기 발생을 크게 줄입니다.
• 필러:비용이 낮습니다(다른 난연제와 비교).
• 향상된 분산 및 흐름(초미립 등급):기존 ATH보다 분산이 쉽고 점도 증가를 최소화합니다.

3. 분산 문제에 대한 강력한 솔루션

• 가소제 함량을 크게 증가시킵니다.PVC 가소화를 완전히 실시하고 시스템 점도를 낮춥니다.
• 고효율 초분산제를 사용하세요:고부하, 쉽게 응집되는 무기 분말(알루미늄 차아인산염, ATH)을 위해 특별히 설계되었습니다.
• 처리 최적화(사전 혼합이 중요):난연제가 완전히 습윤되고 분산되도록 하세요.

4. 기본 처리 안정성 확보

• 충분한 열 안정제와 적절한 윤활제를 첨가합니다.

III. 개정된 난연성 PVC 공식

IV. 공식 노트 및 주요 사항

1. TOTP는 핵심 기반입니다

• 65~75개 부품보장합니다:
• 완전한 가소화: PVC는 부드럽고 연속적인 필름 형성을 위해 충분한 가소제가 필요합니다.
• 점도 감소: 고부하 무기 난연제의 분산을 개선하는 데 중요합니다.
• 본질적인 난연성: TOTP 자체는 매우 효과적인 난연성 가소제입니다.

2. 난연 시너지

• PNB-Al 시너지:차아인산알루미늄(P) + MCA(N)는 염기성 PN 시너지 효과를 제공합니다. 붕산아연(B, Zn)은 탄화 및 연기 억제 효과를 향상시킵니다. 초미립자 ATH(Al)는 강력한 흡열 냉각 및 연기 억제 효과를 제공합니다. TOTP는 또한 인을 공급하여 다중 원소 시너지 시스템을 형성합니다.
• ATH의 역할:초미립자 ATH 25~35 중량부는 난연성과 연기 억제에 크게 기여합니다. 흡열 분해 과정에서 열을 흡수하고, 방출된 수증기는 산소와 가연성 가스를 희석합니다.초미립자 및 표면 처리된 ATH가 중요합니다.점도 영향을 최소화하고 PVC 호환성을 개선합니다.
• 환원된 알루미늄 차아인산염:시스템 부담을 덜어주고 인의 기여도를 유지하기 위해 30에서 15~20으로 낮췄습니다.
• 감소된 MCA:마이그레이션을 방지하기 위해 10개에서 4~6개로 줄였습니다.

3. 분산 솔루션 – 성공의 핵심

• 초분산제(3~4부):고부하(총 무기 충전재 50~70부!), 분산이 어려운 시스템(차아인산알루미늄 + 초미립자 ATH + 붕산아연)을 처리하는 데 필수적입니다.일반적인 분산제(예: 스테아르산칼슘, PE왁스)로는 부족합니다!고효율 초분산제에 투자하고 적정량을 사용하세요.
• 가소제 함량(65~75부):위와 같이 전반적인 점도를 낮추어 분산에 더 나은 환경을 조성합니다.
• 윤활제(1~2부):내부/외부 윤활제를 조합하면 혼합 및 코팅 시 흐름이 원활해져 붙는 현상이 방지됩니다.

4. 처리 – 엄격한 사전 혼합 프로토콜

• 1단계(무기 분말 건조 혼합):
• 고속 믹서에 알루미늄 하이포아인산염, 초미립 ATH, 아연 붕산염, MCA 및 모든 초분산제를 첨가합니다.
• 80~90°C에서 8~10분간 혼합합니다. 목표: 초분산제가 각 입자를 완전히 코팅하여 응집물을 분해하도록 합니다.시간과 온도가 중요합니다!
• 2단계(슬러리 형성):
• 1단계의 혼합물에 TOTP 대부분(예: 70~80%)과 모든 열 안정제, 내부 윤활제를 첨가합니다.
• 90~100°C에서 5~7분간 혼합하여 균일하고 유동성이 있는 난연성 슬러리를 형성합니다. 분말이 가소제로 충분히 적셔졌는지 확인하십시오.
• 3단계(PVC 및 나머지 구성 요소 추가):
• PVC 수지, 남은 TOTP, 외부 윤활제(그리고 이 단계에서 첨가하는 경우 산화방지제/자외선 안정제)를 추가합니다.
• 100~110°C에서 7~10분 동안 섞어 "건조점"(자유롭게 흐르고 덩어리가 없음)에 도달할 때까지 섞습니다.PVC 분해를 방지하려면 과도한 혼합을 피하세요.
• 냉각:덩어리가 생기는 것을 방지하기 위해 혼합물을 방출하고 50°C 미만으로 식힙니다.

5. 후속 처리

• 냉각된 건조 혼합물을 캘린더링이나 코팅에 사용합니다.
• 안정제 고장이나 난연제(예: ATH)의 조기 분해를 방지하기 위해 가공 온도를 엄격하게 제어합니다(권장 용융 온도 ≤170–175°C).

V. 예상 결과 및 주의사항

• 난연성:기존 제품(TOTM + 고차아인산알루미늄/MCA)과 비교했을 때, 이 개정 제품(TOTP + 최적화된 P/N/B/Al 비율)은 난연성을 크게 향상시키며, 특히 수직 연소 성능과 연기 억제 성능이 향상될 것으로 예상됩니다. 텐트용 CPAI-84와 같은 표준을 준수합니다. 주요 시험: ASTM D6413(수직 연소).
• 분산:초분산제 + 고가소제 + 최적화된 사전 혼합은 분산을 크게 개선하고, 응집을 줄이며 코팅 균일성을 향상시킵니다.
• 가공성:적절한 TOTP와 윤활제는 원활한 가공을 보장해야 하지만, 실제 생산 중에는 점도와 끈적거림을 모니터링해야 합니다.
• 비용:TOTP와 초분산제는 가격이 비싸지만, 환원된 차아인산알루미늄과 MCA는 비용을 일부 상쇄합니다. ATH는 비교적 저렴합니다.

중요한 알림:

• 소규모 실험부터 시작하세요!실험실에서 테스트하고 실제 재료(특히 ATH 및 초분산 성능)와 장비를 기반으로 조정합니다.
• 재료 선택:
• ATH:초미립자(D50 ≤2µm) 표면 처리(예: 실란)된 제품을 사용해야 합니다. PVC 호환 가능 제품은 공급업체에 문의하세요.
• 초분산제:고효율 제품을 사용해야 합니다. 공급업체에 용도(PVC, 고부하 무기 필러, 무할로겐 난연성)를 알려주십시오.
• TOTP:높은 품질을 보장하세요.
• 테스트:목표 기준에 따라 엄격한 난연성 시험을 실시합니다. 또한, 야외용 텐트에 필수적인 노화/방수성도 평가합니다. 자외선 안정제와 산화방지제는 필수입니다.

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