뉴스 - 할로겐 프리 난연 PVC 가죽용 제형 변환

할로겐 프리 난연 PVC 가죽용 제형 변환

소개

이 고객은 난연성 PVC 가죽과 기존에 사용되던 삼산화안티몬(Sb₂O₃)을 생산합니다. 이제 Sb₂O₃를 제거하고 할로겐 프리 난연제로 전환하는 것을 목표로 하고 있습니다. 현재 생산되는 제품에는 PVC, DOP, EPOXY, BZ-500, ST, HICOAT-410, 그리고 안티몬이 포함됩니다. 안티몬 기반 PVC 가죽 제품에서 할로겐 프리 난연 시스템으로의 전환은 상당한 기술적 발전을 의미합니다. 이러한 전환은 점점 더 엄격해지는 환경 규제(예: RoHS, REACH)를 준수할 뿐만 아니라 제품의 친환경 이미지와 시장 경쟁력을 강화합니다.

주요 과제

상승효과 상실:
- Sb₂O₃는 단독으로는 강력한 난연제가 아니지만 PVC에서 염소와 함께 사용하면 탁월한 시너지 효과를 발휘하여 효율을 크게 향상시킵니다. 안티몬을 제거하려면 이러한 시너지 효과를 재현하는 대체 할로겐 무함유 시스템을 찾아야 합니다.
난연성 효율:
- 할로겐이 없는 난연제는 동등한 난연성 등급(예: UL94 V-0)을 달성하기 위해 더 높은 함량이 필요한 경우가 많으며, 이는 기계적 특성(부드러움, 인장 강도, 신장), 가공 성능 및 비용에 영향을 미칠 수 있습니다.
PVC 가죽 특성:
- PVC 가죽은 뛰어난 부드러움, 촉감, 표면 마감(엠보싱, 광택), 내후성, 내이행성, 그리고 저온 유연성을 요구합니다. 새로운 제형은 이러한 특성을 유지하거나 거의 일치해야 합니다.
처리 성능:
- 할로겐이 없는 필러(예: ATH)를 많이 첨가하면 용융 흐름과 가공 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.
비용 고려 사항:
- 일부 고효율 할로겐 프리 난연제는 가격이 비싸서 성능과 비용 간의 균형이 필요합니다.

할로겐 프리 난연 시스템(PVC 인조가죽용) 선정 전략

1. 1차 난연제 – 금속 수산화물

알루미늄 삼수산화물(ATH):
- 가장 일반적이고 비용 효율적입니다.
- 메커니즘: 흡열 분해(~200°C)로 수증기를 방출하여 가연성 가스와 산소를 희석하고 보호 표면층을 형성합니다.
- 단점: 효율성이 낮고, 많은 양의 재료가 필요함(40~70phr), 연성, 신장성, 가공성이 크게 저하됨, 분해 온도가 낮음.
수산화마그네슘(MDH):
- 분해 온도가 더 높아(~340°C) PVC 가공에 더 적합합니다(160–200°C).
- 단점: 유사한 높은 적재량(40~70phr)이 필요함; ATH보다 비용이 약간 높음; 수분 흡수율이 높을 수 있음.

전략:

비용, 가공 온도 적응성, 난연성을 균형 있게 조절하기 위해 MDH 또는 ATH/MDH 혼합물(예: 70/30)을 선호합니다.
표면 처리(예: 실란 결합)된 ATH/MDH는 PVC와의 호환성을 개선하고, 특성 저하를 완화하며, 난연성을 강화합니다.

2. 난연성 시너지제

1차 난연제 부하를 줄이고 효율성을 개선하려면 상승작용제가 필수적입니다.

인-질소 난연제: 할로겐이 없는 PVC 시스템에 이상적입니다.
- 폴리인산암모늄(APP): 탄화를 촉진하여 팽창성 절연층을 형성합니다.
  - 참고: 가공 중 분해를 방지하기 위해 고온 내열 등급(예: Phase II, 280°C 이상)을 사용하십시오. 일부 APP는 투명도와 방수성에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 알루미늄 디에틸포스피네이트(ADP): 효율성이 높고, 함량이 낮으며(5~20phr), 특성에 미치는 영향이 최소화되고, 열 안정성이 우수합니다.
  - 단점: 비용이 많이 든다.
- 인산 에스테르(예: RDP, BDP, TCPP): 가소성 난연제 역할을 합니다.
  - 장점: 이중 역할(가소제 + 난연제).
  - 단점: 작은 분자(예: TCPP)는 이동하거나 휘발될 수 있습니다. RDP/BDP는 DOP보다 가소화 효율이 낮고 저온 유연성이 떨어질 수 있습니다.
붕산아연(ZB):
- 저비용, 다기능(난연성, 연기 억제제, 탄화 촉진제, 누유 방지) 제품입니다. ATH/MDH 및 인-질소 시스템과 시너지 효과가 뛰어납니다. 일반적인 첨가량: 3~10phr.
아연 주석산염/하이드록시 주석산염:
- 탁월한 연기 억제제이자 난연성 상승제로, 특히 염소 함유 폴리머(예: PVC)에 효과적입니다. 안티몬의 상승 작용을 부분적으로 대체할 수 있습니다. 일반적인 첨가량: 2~8 phr.
몰리브덴 화합물(예: MoO₃, 몰리브덴산암모늄):
- 난연 시너지 효과를 지닌 강력한 연기 억제제입니다. 일반적인 함량: 2~5 phr.
나노 필러(예: 나노클레이):
- 저함량(3~8phr)은 난연성(탄화, 열 방출률 감소)과 기계적 특성을 향상시킵니다. 분산이 매우 중요합니다.

3. 연기 억제제

PVC는 연소 시 심한 연기를 발생시킵니다. 할로겐 프리 제품은 연기 억제가 필요한 경우가 많습니다. 붕산아연, 주석산아연, 몰리브덴 화합물이 좋은 선택입니다.

제안된 할로겐 프리 난연제 제형(클라이언트의 원래 제형 기반)

목표: 부드러움, 가공성 및 주요 특성을 유지하면서 UL94 V-0(1.6mm 이상)을 달성합니다.

가정:

원래 공식:
- DOP: 50–70phr(가소제).
- ST: 스테아르산(윤활제)일 가능성이 있음.
- HICOAT-410: Ca/Zn 안정제.
- BZ-500: 윤활제/가공 보조제일 가능성이 높음(확인용).
- 에폭시: 에폭시화된 대두유(보조 안정제/가소제).
- 안티몬: Sb₂O₃ (제거해야 함).

1. 권장 제형 프레임워크(PVC 수지 100phr당)

요소	기능	로딩(phr)	노트
PVC 수지	베이스 폴리머	100	균형 잡힌 가공/특성을 위한 중간/고분자량.
1차 가소제	연성	40~60세	옵션 A(비용/성능 균형): 부분 인산 에스테르(예: RDP/BDP, 10~20 phr) + DOTP/DINP(30~50 phr). 옵션 B(저온 우선): DOTP/DINP(50~70 phr) + 효율적인 PN 난연제(예: ADP, 10~15 phr). 목표: 원래의 부드러움과 동일.
1차 난연제	난연성, 연기 억제	30~50세	표면 처리된 MDH 또는 MDH/ATH 블렌드(예: 70/30). 고순도, 미세 입자 크기, 표면 처리됨. 목표 난연성에 따라 첨가량을 조절하십시오.
PN 시너지스트	고효율 난연성, 숯촉진	10~20	선택 1: 고온 APP(2단계). 선택 2: ADP(고효율, 저함량, 고비용). 선택 3: 인산에스테르 가소제(RDP/BDP) - 이미 가소제로 사용 중인 경우 조정하십시오.
시너지스트/연기 억제제	향상된 난연성, 연기 감소	5~15세	권장 조합: 붕산아연(5~10phr) + 주석산아연(3~8phr). 선택 사항: MoO₃(2~5phr).
Ca/Zn 안정제(HICOAT-410)	열 안정성	2.0–4.0	중요! Sb₂O₃ 제형보다 약간 더 높은 함량이 필요할 수 있습니다.
에폭시화 대두유(EPOXY)	보조 안정제, 가소제	3.0–8.0	안정성과 저온 성능을 위해 보관하세요.
윤활제	가공 보조제, 이형제	1.0–2.5	ST(스테아르산): 0.5~1.5phr. BZ-500: 0.5~1.0phr (기능에 따라 조정). 고함량 충전제에 최적화하십시오.
처리 지원(예: ACR)	용융 강도, 흐름	0.5–2.0	고충전제 제형에 필수적입니다. 표면 마감과 생산성을 향상시킵니다.
기타 첨가제	필요에 따라	–	착색제, 자외선 안정제, 살생제 등

2. 예제 공식화(최적화 필요)

요소	유형	로딩(phr)
PVC 수지	K값 ~65–70	100.0
1차 가소제	DOTP/DINP	45.0
인산에스테르 가소제	RDP	15.0
표면 처리된 MDH	–	40.0
고온 APP	2단계	12.0
붕산아연	ZB	8.0
주석산아연	ZS	5.0
Ca/Zn 안정제	하이코트-410	3.5
에폭시화 대두유	에폭시	5.0
스테아르산	ST	1.0
BZ-500	윤활유	1.0
ACR 처리 지원	–	1.5
착색제 등	–	필요에 따라

중요 구현 단계

원자재 세부 정보 확인:
- 화학적 정체성을 명확히 하다BZ-500그리고ST(공급업체 데이터시트를 참조하세요).
- 정확한 로딩을 확인하세요도프,에폭시, 그리고하이코트-410.
- 고객 요구 사항 정의: 목표 난연성(예: UL94 두께), 부드러움(경도), 응용 분야(자동차, 가구, 가방?), 특수 요구 사항(내한성, 자외선 안정성, 내마모성?), 비용 한도.
특정 난연제 등급을 선택하세요:
- 공급업체에 PVC 가죽에 맞는 할로겐 프리 난연제 샘플을 요청하세요.
- 더 나은 분산을 위해 표면 처리된 ATH/MDH를 우선시합니다.
- APP의 경우 고온에 강한 등급을 사용하세요.
- 인산 에스테르의 경우, 마이그레이션이 낮은 TCPP보다 RDP/BDP를 선호합니다.
실험실 규모 테스트 및 최적화:
- 다양한 함량으로 소량씩 준비합니다(예: MDH/APP/ZB/ZS 비율 조정).
- 혼합: 균일한 분산을 위해 고속 혼합기(예: Henschel)를 사용하십시오. 액체(가소제, 안정제)를 먼저 첨가한 후 분말을 첨가하십시오.
- 가공 시험: 생산 장비(예: Banbury 믹서 + 캘린더링)에서 시험합니다. 가소화 시간, 용융 점도, 토크, 표면 품질을 모니터링합니다.
- 성능 테스트:
  - 난연성: UL94, LOI.
  - 기계적 특성: 경도(쇼어 A), 인장 강도, 신율.
  - 부드러움/촉감: 주관적 + 단단함 테스트.
  - 저온 유연성: 냉간 굽힘 시험.
  - 열 안정성: 콩고 레드 테스트.
  - 외관: 색상, 광택, 엠보싱.
  - (선택 사항) 연기 밀도: NBS 연기실.
문제 해결 및 균형 조정:

문제	해결책
난연성이 부족함	MDH/ATH 또는 APP를 증가시키고, ADP를 추가하고, ZB/ZS를 최적화하고, 분산을 보장합니다.
기계적 특성이 좋지 않음(예: 신장률이 낮음)	MDH/ATH를 줄인다; PN 시너지스트를 늘린다; 표면 처리된 충전제를 사용한다; 가소제를 조정한다.
가공의 어려움(점도가 높고, 표면이 좋지 않음)	윤활유를 최적화하고, ACR을 높이고, 혼합을 확인하고, 온도/속도를 조정합니다.
높은 비용	적재량을 최적화하고, 비용 효율적인 ATH/MDH 혼합물을 사용하고, 대안을 평가합니다.

파일럿 및 생산: 실험실 최적화 후, 안정성, 일관성 및 비용 검증을 위한 파일럿 시험을 수행합니다. 검증 후에만 규모를 확장합니다.

결론

안티몬 기반에서 할로겐 무함유 난연 PVC 가죽으로의 전환은 가능하지만 체계적인 개발이 필요합니다. 핵심 접근 방식은 금속 수산화물(바람직하게는 표면 처리된 MDH), 인-질소 상승제(APP 또는 ADP), 그리고 다기능 연기 억제제(붕산아연, 주석산아연)를 결합하는 것입니다. 동시에 가소제, 안정제, 윤활제 및 가공 보조제의 최적화가 중요합니다.