DMF 용매를 사용한 TPU 코팅 시스템용 할로겐 프리 난연제 제형
디메틸포름아미드(DMF)를 용매로 사용하는 TPU 코팅 시스템의 경우, 차아인산알루미늄(AHP)과 붕산아연(ZB)을 난연제로 사용하는 경우 체계적인 평가가 필요합니다. 자세한 분석 및 구현 계획은 다음과 같습니다.
I. 알루미늄 차아인산염(AHP)의 타당성 분석
1. 난연 메커니즘 및 장점
- 기구:
- 고온에서 분해되어 인산과 메타인산을 생성하여 TPU에서 숯 형성을 촉진합니다(응축상 난연성).
- PO· 라디칼을 방출하여 연소 연쇄 반응을 방해합니다(기체상 난연성).
- 장점:
- 할로겐 무첨가, 저연기, 저독성, RoHS/REACH 준수.
- 우수한 열 안정성(분해 온도 ≈300°C), TPU 건조 공정에 적합(일반적으로 <150°C).
2. 응용 프로그램 과제 및 솔루션
| 도전 | 해결책 |
| DMF의 분산이 좋지 않음 | 표면 개질된 AHP(예: 실란 커플링제 KH-550)를 사용합니다. 사전 분산 공정: DMF와 분산제(예: BYK-110)를 볼밀 AHP에 넣고 입자 크기가 5μm 미만이 되도록 분쇄합니다. |
| 높은 적재 요구 사항(20-30%) | ZB 또는 멜라민 시아누레이트(MCA)와 상승효과를 결합하여 총 부하량을 15-20%로 줄입니다. |
| 코팅 투명도 감소 | 나노 크기의 AHP(입자 크기 <1μm)를 사용하거나 투명한 난연제(예: 유기 인산염)와 혼합합니다. |
3. 권장 제형 및 공정
- 예시 공식:
- TPU/DMF 베이스: 100phr
- 표면 개질 AHP: 20phr
- 붕산아연(ZB): 5phr(연기 억제 시너지)
- 분산제(BYK-110): 1.5phr
- 프로세스 핵심 포인트:
- AHP를 분산제와 부분 DMF와 함께 고전단(≥3000 rpm, 30분)에서 미리 혼합한 다음 TPU 슬러리와 혼합합니다.
- 코팅 후 건조: 120-150°C, DMF가 완전히 증발되도록 시간을 10% 더 늘리세요.
II. 붕산아연(ZB)의 타당성 분석
1. 난연 메커니즘 및 장점
- 기구:
- 고온에서 B₂O₃ 유리층을 형성하여 산소와 열을 차단합니다(응축상 난연성).
- 결합된 물(~13%)을 방출하여 가연성 가스를 희석하고 시스템을 냉각합니다.
- 장점:
- AHP 또는 알루미늄 삼수산화물(ATH)과 함께 사용하면 강력한 상승효과가 있습니다.
- 뛰어난 연기 억제 기능으로 저연소 환경에 적합합니다.
2. 응용 프로그램 과제 및 솔루션
| 도전 | 해결책 |
| 분산 안정성이 낮음 | 나노 크기의 ZB(<500nm)와 습윤제(예: TegoDispers 750W)를 사용합니다. |
| 난연 효율이 낮음(높은 함량 필요) | 1차 난연제(예: AHP 또는 유기인)와 함께 상승제(5-10%)로 사용합니다. |
| 코팅 유연성 감소 | 가소제(예: DOP 또는 폴리에스터 폴리올)로 보상합니다. |
3. 권장 제형 및 공정
- 예시 공식:
- TPU/DMF 베이스: 100phr
- 나노 크기의 ZB: 8phr
- AHP: 15phr
- 습윤제(Tego 750W): 1phr
- 프로세스 핵심 포인트:
- TPU 슬러리와 혼합하기 전에 비드 밀링(입자 크기 ≤2μm)을 통해 DMF에 ZB를 미리 분산시킵니다.
- 난연성에 영향을 미치는 잔류 수분을 방지하려면 건조 시간을 늘리세요(예: 30분).
III. AHP + ZB 시스템의 시너지 효과 평가
1. 시너지 효과의 난연 효과
- 기체상 및 응축상 시너지:
- AHP는 탄화를 위한 인을 제공하는 반면, ZB는 탄화층을 안정화하고 잔광을 억제합니다.
- 결합 LOI: 28-30%, UL94 V-0(1.6mm) 달성 가능.
- 연기 억제:
- ZB는 연기 배출을 50% 이상 감소시킵니다(콘 칼로리미터 테스트).
2. 성능 균형 권장 사항
- 기계적 특성 보상:
- 유연성(신장률 >300%)을 유지하기 위해 2-3%의 TPU 가소제(예: 폴리카프로락톤 폴리올)를 첨가합니다.
- 인장 강도 손실을 최소화하기 위해 초미립 분말(AHP/ZB <2μm)을 사용합니다.
- 공정 안정성 제어:
- 균일한 코팅을 위해 슬러리 점도를 2000-4000 cP(Brookfield RV, 스핀들 4, 20 rpm)로 유지하세요.
IV. 용매 기반 액체 난연제와의 비교
| 매개변수 | AHP + ZB 시스템 | 액체 인-질소 FR(예: Levagard 4090N) |
| 로딩 중 | 20~30% | 15-25% |
| 분산 난이도 | 전처리(고전단/표면 개질)가 필요합니다. | 직접 용해, 분산 불필요 |
| 비용 | 낮음 (~$3-5/kg) | 높음 (~$10-15/kg) |
| 환경 영향 | 할로겐 무첨가, 저독성 | 할로겐을 포함할 수 있음(제품에 따라 다름) |
| 코팅 투명도 | 반투명에서 불투명까지 | 매우 투명함 |
V. 권장 구현 단계
- 실험실 규모 테스트:
- AHP/ZB를 개별적으로 또는 조합하여 평가합니다(경사 로딩: 10%, 15%, 20%).
- 분산 안정성(24시간 후 침전 없음), 점도 변화, 코팅 균일성을 평가합니다.
- 파일럿 규모 검증:
- 건조 조건(시간/온도)을 최적화하고 난연성(UL94, LOI)과 기계적 특성을 테스트합니다.
- 비용 비교: AHP+ZB가 액체 FR에 비해 비용을 30% 이상 절감한다면 경제적으로 실행 가능합니다.
- 스케일업 준비:
- 공급업체와 협력하여 생산을 간소화하기 위해 미리 분산된 AHP/ZB 마스터배치(DMF 기반)를 개발합니다.
VI. 결론
제어된 분산 공정을 통해 AHP와 ZB는 다음과 같은 경우 TPU/DMF 코팅에 효과적인 난연제 역할을 할 수 있습니다.
- 표면 개질 + 고전단 분산입자 응집을 방지하기 위해 적용됩니다.
- AHP(1차) + ZB(시너지스트)효율성과 비용의 균형을 이룹니다.
- 을 위한높은 투명성/유연성요구 사항에 따라 액체 인-질소 FR(예: Levagard 4090N)이 더 선호됩니다.
쓰촨 타이펑 신형 난연제 유한회사(ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
게시 시간: 2025년 5월 22일
