Formulasi Penghambat Api Bebas Halogen untuk Sistem Pelapisan TPU Menggunakan Pelarut DMF
Untuk sistem pelapis TPU yang menggunakan Dimetil Formamida (DMF) sebagai pelarut, penggunaan aluminium hipofosfit (AHP) dan seng borat (ZB) sebagai penghambat api memerlukan evaluasi sistematis. Berikut adalah analisis terperinci dan rencana implementasinya:
I. Analisis Kelayakan Aluminium Hipofosfit (AHP)
1. Mekanisme Penghambat Api dan Keuntungannya
- Mekanisme:
- Terurai pada suhu tinggi menghasilkan asam fosfat dan metafosfat, yang mendorong pembentukan arang dalam TPU (penghambat api fase terkondensasi).
- Melepaskan radikal PO· untuk menghentikan reaksi berantai pembakaran (penghambatan api fase gas).
- Keuntungan:
- Bebas halogen, asap rendah, toksisitas rendah, mematuhi RoHS/REACH.
- Stabilitas termal yang baik (suhu dekomposisi ≈300°C), cocok untuk proses pengeringan TPU (biasanya <150°C).
2. Tantangan dan Solusi Aplikasi
| Tantangan | Larutan |
| Dispersi yang buruk di DMF | Gunakan AHP yang dimodifikasi permukaan (misalnya, agen penggandeng silana KH-550). Proses pra-dispersi: AHP ball-mill dengan DMF dan dispersan (misalnya, BYK-110) hingga ukuran partikel <5μm. |
| Persyaratan pemuatan tinggi (20-30%) | Kombinasi sinergis dengan ZB atau melamin sianurat (MCA) untuk mengurangi beban total hingga 15-20%. |
| Transparansi lapisan berkurang | Gunakan AHP berukuran nano (ukuran partikel <1μm) atau campur dengan penghambat api transparan (misalnya, fosfat organik). |
3. Formulasi dan Proses yang Direkomendasikan
- Contoh Formulasi:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- AHP yang dimodifikasi permukaan: 20 phr
- Seng borat (ZB): 5 phr (sinergi penekan asap)
- Dispersan (BYK-110): 1,5 phr
- Poin-Poin Utama Proses:
- Campurkan AHP dengan dispersan dan DMF parsial di bawah geseran tinggi (≥3000 rpm, 30 menit), lalu campurkan dengan bubur TPU.
- Pengeringan pasca pelapisan: 120-150°C, perpanjang waktu sebesar 10% untuk memastikan penguapan DMF yang lengkap.
II. Analisis Kelayakan Seng Borat (ZB)
1. Mekanisme Penghambat Api dan Keuntungannya
- Mekanisme:
- Membentuk lapisan kaca B₂O₃ pada suhu tinggi, menghalangi oksigen dan panas (penghambat api fase terkondensasi).
- Melepaskan air yang terikat (~13%), mengencerkan gas yang mudah terbakar dan mendinginkan sistem.
- Keuntungan:
- Efek sinergis yang kuat dengan AHP atau aluminium trihidroksida (ATH).
- Penekanan asap yang sangat baik, ideal untuk aplikasi dengan tingkat asap rendah.
2. Tantangan dan Solusi Aplikasi
| Tantangan | Larutan |
| Stabilitas dispersi yang buruk | Gunakan ZB berukuran nano (<500nm) dan bahan pembasah (misalnya, TegoDispers 750W). |
| Efisiensi penghambat api rendah (membutuhkan beban tinggi) | Gunakan sebagai sinergis (5-10%) dengan penghambat api primer (misalnya, AHP atau fosfor organik). |
| Fleksibilitas lapisan berkurang | Kompensasi dengan plasticizer (misalnya, DOP atau poliester poliol). |
3. Formulasi dan Proses yang Direkomendasikan
- Contoh Formulasi:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- ZB berukuran nano: 8 phr
- AHP: 15 jam
- Bahan pembasah (Tego 750W): 1 phr
- Poin-Poin Utama Proses:
- Pra-dispersikan ZB dalam DMF melalui penggilingan manik (ukuran partikel ≤2μm) sebelum dicampur dengan bubur TPU.
- Perpanjang waktu pengeringan (misalnya, 30 menit) untuk menghindari sisa kelembapan yang mempengaruhi ketahanan api.
III. Evaluasi Sinergis Sistem AHP + ZB
1. Efek Penghambat Api Sinergis
- Sinergi Fase Gas dan Fase Terkondensasi:
- AHP menyediakan fosfor untuk pembakaran, sementara ZB menstabilkan lapisan arang dan menekan cahaya sisa.
- LOI gabungan: 28-30%, UL94 V-0 (1,6 mm) dapat dicapai.
- Penekanan Asap:
- ZB mengurangi emisi asap hingga >50% (uji Kalorimeter Kerucut).
2. Rekomendasi Penyeimbangan Kinerja
- Kompensasi Properti Mekanik:
- Tambahkan 2-3% plasticizer TPU (misalnya, polikaprolakton poliol) untuk menjaga fleksibilitas (perpanjangan >300%).
- Gunakan serbuk ultrahalus (AHP/ZB <2μm) untuk meminimalkan kehilangan kekuatan tarik.
- Kontrol Stabilitas Proses:
- Pertahankan viskositas bubur pada 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindel 4, 20 rpm) untuk pelapisan yang seragam.
IV. Perbandingan dengan Penghambat Api Cair Berbasis Pelarut
| Parameter | Sistem AHP + ZB | Fosfor-Nitrogen Cair FR (misalnya, Levagard 4090N) |
| Memuat | 20-30% | 15-25% |
| Kesulitan Dispersi | Memerlukan pra-perlakuan (geser tinggi/modifikasi permukaan) | Pembubaran langsung, tidak perlu dispersi |
| Biaya | Rendah (~$3-5/kg) | Tinggi (~$10-15/kg) |
| Dampak Lingkungan | Bebas halogen, toksisitas rendah | Mungkin mengandung halogen (tergantung produk) |
| Transparansi Pelapisan | Semi-transparan hingga buram | Sangat transparan |
V. Langkah-Langkah Implementasi yang Direkomendasikan
- Pengujian Skala Laboratorium:
- Evaluasi AHP/ZB secara individual dan kombinasi (pemuatan gradien: 10%, 15%, 20%).
- Menilai stabilitas dispersi (tidak ada sedimentasi setelah 24 jam), perubahan viskositas, dan keseragaman lapisan.
- Validasi Skala Percontohan:
- Optimalkan kondisi pengeringan (waktu/suhu) dan uji ketahanan api (UL94, LOI) serta sifat mekanis.
- Bandingkan biaya: Jika AHP+ZB mengurangi biaya >30% terhadap FR cair, hal itu layak secara ekonomi.
- Persiapan untuk Peningkatan Skala:
- Berkolaborasi dengan pemasok untuk mengembangkan masterbatch AHP/ZB pra-dispersi (berbasis DMF) untuk produksi yang disederhanakan.
VI. Kesimpulan
Dengan proses dispersi yang terkendali, AHP dan ZB dapat berfungsi sebagai penghambat api yang efektif untuk pelapis TPU/DMF, asalkan:
- Modifikasi permukaan + dispersi geser tinggiditerapkan untuk mencegah penggumpalan partikel.
- AHP (primer) + ZB (sinergis)menyeimbangkan efisiensi dan biaya.
- Untuktransparansi/fleksibilitas tinggipersyaratan, FR fosfor-nitrogen cair (misalnya, Levagard 4090N) tetap lebih disukai.
Sichuan Taifeng New Flame Retardant Co., Ltd.(ISO & REACH)
Email: lucy@taifeng-fr.com
Waktu posting: 22 Mei 2025
