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 rinci dan rencana implementasinya:
I. Analisis Kelayakan Aluminium Hipofosfit (AHP)
1. Mekanisme dan Keunggulan Bahan Tahan Api
- Mekanisme:
- Terurai pada suhu tinggi untuk menghasilkan asam fosforat dan metafosforat, yang mendorong pembentukan arang dalam TPU (bahan tahan api fase terkondensasi).
- Melepaskan radikal PO· untuk menghentikan reaksi berantai pembakaran (penghambat api fase gas).
- Keuntungan:
- Bebas halogen, asap rendah, toksisitas rendah, sesuai dengan RoHS/REACH.
- Stabilitas termal yang baik (suhu dekomposisi ≈300°C), cocok untuk proses pengeringan TPU (biasanya <150°C).
2. Tantangan dan Solusi Penerapan
| Tantangan | Larutan |
| Dispersi yang buruk pada DMF | Gunakan AHP yang dimodifikasi permukaannya (misalnya, agen pengikat silan KH-550). Proses pra-dispersi: Giling AHP dengan DMF dan dispersan (misalnya, BYK-110) menggunakan penggiling bola hingga ukuran partikel <5μm. |
| Persyaratan beban tinggi (20-30%) | Kombinasi sinergis dengan ZB atau melamin sianurat (MCA) untuk mengurangi total beban hingga 15-20%. |
| Transparansi lapisan berkurang | Gunakan AHP berukuran nano (ukuran partikel <1μm) atau campurkan dengan bahan penghambat api transparan (misalnya, fosfat organik). |
3. Formulasi dan Proses yang Direkomendasikan
- Contoh Perumusan:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- AHP yang dimodifikasi permukaannya: 20 phr
- Seng borat (ZB): 5 phr (sinergi penekan asap)
- Dispersan (BYK-110): 1,5 phr
- Poin-Poin Penting Proses:
- Campurkan AHP terlebih dahulu dengan dispersan dan sebagian DMF di bawah geser tinggi (≥3000 rpm, 30 menit), lalu campurkan dengan bubur TPU.
- Pengeringan setelah pelapisan: 120-150°C, perpanjang waktu sebesar 10% untuk memastikan penguapan DMF secara sempurna.
II. Analisis Kelayakan Seng Borat (ZB)
1. Mekanisme dan Keunggulan Bahan Tahan Api
- Mekanisme:
- Membentuk lapisan kaca B₂O₃ pada suhu tinggi, menghalangi oksigen dan panas (ketahanan api fase terkondensasi).
- Melepaskan air 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 sedikit asap.
2. Tantangan dan Solusi Penerapan
| Tantangan | Larutan |
| Stabilitas dispersi yang buruk | Gunakan ZB berukuran nano (<500nm) dan zat pembasah (misalnya, TegoDispers 750W). |
| Efisiensi penghambat api rendah (membutuhkan beban tinggi) | Gunakan sebagai sinergis (5-10%) dengan penghambat api utama (misalnya, AHP atau fosfor organik). |
| Fleksibilitas lapisan berkurang | Kompensasi dengan bahan pelunak (misalnya, DOP atau poliester poliol). |
3. Formulasi dan Proses yang Direkomendasikan
- Contoh Perumusan:
- Basis TPU/DMF: 100 phr
- ZB berukuran nano: 8 phr
- AHP: 15 jam
- Bahan pembasah (Tego 750W): 1 phr
- Poin-Poin Penting Proses:
- Sebarkan ZB terlebih dahulu dalam DMF melalui penggilingan manik (ukuran partikel ≤2μm) sebelum dicampur dengan bubur TPU.
- Perpanjang waktu pengeringan (misalnya, 30 menit) untuk menghindari kelembapan sisa yang memengaruhi ketahanan api.
III. Evaluasi Sinergis Sistem AHP + ZB
1. Efek Sinergis Penghambat Api
- Sinergi Fase Gas & Fase Terkondensasi:
- AHP menyediakan fosfor untuk pembentukan arang, sementara ZB menstabilkan lapisan arang dan menekan pendaran setelah pembakaran.
- LOI gabungan: 28-30%, UL94 V-0 (1,6mm) dapat dicapai.
- Penekanan Asap:
- ZB mengurangi emisi asap hingga >50% (uji kalorimeter kerucut).
2. Rekomendasi Penyeimbangan Kinerja
- Kompensasi Properti Mekanis:
- Tambahkan 2-3% plasticizer TPU (misalnya, polikaprolakton poliol) untuk mempertahankan fleksibilitas (pemanjangan >300%).
- Gunakan bubuk ultrahalus (AHP/ZB <2μm) untuk meminimalkan kehilangan kekuatan tarik.
- Pengendalian Stabilitas Proses:
- Pertahankan viskositas bubur pada 2000-4000 cP (Brookfield RV, spindel 4, 20 rpm) untuk pelapisan yang seragam.
IV. Perbandingan dengan Bahan Penghambat Api Cair Berbasis Pelarut
| Parameter | Sistem AHP + ZB | Fosfor-Nitrogen Cair FR (misalnya, Levagard 4090N) |
| Memuat | 20-30% | 15-25% |
| Kesulitan Dispersi | Membutuhkan perlakuan awal (geser tinggi/modifikasi permukaan) | Langsung larut, tidak perlu didispersikan. |
| Biaya | Murah (~$3-5/kg) | Harga tinggi (~$10-15/kg) |
| Dampak Lingkungan | Bebas halogen, toksisitas rendah | Mungkin mengandung halogen (tergantung produk) |
| Transparansi Lapisan | Semi-transparan hingga buram | Sangat transparan |
V. Langkah-langkah Implementasi yang Direkomendasikan
- Pengujian Skala Laboratorium:
- Evaluasi AHP/ZB secara individual dan kombinasi (beban gradien: 10%, 15%, 20%).
- Menilai stabilitas dispersi (tidak terjadi 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 mekanik.
- Bandingkan biaya: Jika AHP+ZB mengurangi biaya lebih dari 30% dibandingkan dengan FR cair, maka metode ini layak secara ekonomi.
- Persiapan Peningkatan Skala:
- Berkolaborasi dengan pemasok untuk mengembangkan masterbatch AHP/ZB pra-dispersi (berbasis DMF) untuk menyederhanakan produksi.
VI. Kesimpulan
Dengan proses dispersi yang terkontrol, AHP dan ZB dapat berfungsi sebagai penghambat api yang efektif untuk lapisan TPU/DMF, dengan syarat:
- Modifikasi permukaan + dispersi geser tinggiDigunakan untuk mencegah penggumpalan partikel.
- AHP (utama) + ZB (sinergis)menyeimbangkan efisiensi dan biaya.
- Untuktransparansi/fleksibilitas tinggiUntuk memenuhi persyaratan tersebut, bahan tahan api 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
