采用DMF溶剂的TPU涂料体系无卤阻燃剂配方

采用DMF溶剂的TPU涂料体系无卤阻燃剂配方

对于以二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂的TPU涂料体系，使用次磷酸铝（AHP）和硼酸锌（ZB）作为阻燃剂需要进行系统评估。以下是详细的分析和实施方案：

一、次磷酸铝（AHP）可行性分析

1. 阻燃机理及优点

• 机制：
• 在高温下分解生成磷酸和偏磷酸，促进TPU中炭层的形成（凝聚相阻燃）。
• 释放 PO· 自由基以中断燃烧链式反应（气相阻燃）。
• 优势：
• 无卤素、低烟、低毒，符合 RoHS/REACH 标准。
• 良好的热稳定性（分解温度≈300°C），适用于TPU干燥过程（通常<150°C）。

2. 应用挑战与解决方案

3. 推荐配方和工艺

• 示例公式：
• TPU/DMF 基料：100 phr
• 表面改性AHP：20 phr
• 硼酸锌（ZB）：5 phr（抑制烟雾协同作用）
• 分散剂（BYK-110）：1.5 phr
• 流程要点：
• 将 AHP 与分散剂和部分 DMF 在高剪切力（≥3000 rpm，30 分钟）下预混合，然后与 TPU 浆料混合。
• 涂层后干燥：120-150°C，延长时间10%，以确保DMF完全蒸发。

二、硼酸锌（ZB）可行性分析

1. 阻燃机理及优点

• 机制：
• 在高温下形成 B₂O₃ 玻璃层，阻挡氧气和热量（凝聚相阻燃）。
• 释放结合水（约 13%），稀释可燃气体并冷却系统。
• 优势：
• 与 AHP 或氢氧化铝 (ATH) 有强烈的协同作用。
• 具有极佳的抑烟效果，是低烟应用的理想选择。

2. 应用挑战与解决方案

3. 推荐配方和工艺

• 示例公式：
• TPU/DMF 基料：100 phr
• 纳米级 ZB：8 phr
• AHP：15 phr
• 润湿剂 (Tego 750W)：1 份
• 流程要点：
• 将 ZB 通过珠磨法预先分散在 DMF 中（粒径 ≤2μm），然后再与 TPU 浆料混合。
• 延长干燥时间（例如 30 分钟），以避免残留水分影响阻燃性。

三、AHP+ZB系统的协同评价

1. 协同阻燃效果

• 气相与凝聚相协同作用：
• AHP 提供磷用于炭化，而 ZB 稳定炭层并抑制余辉。
• 综合LOI：28-30%，UL94 V-0（1.6mm）可实现。
• 烟雾抑制：
• ZB 可减少 50% 以上的烟雾排放（锥形量热仪测试）。

2. 性能平衡建议

• 机械性能补偿：
• 添加 2-3% 的 TPU 增塑剂（例如聚己内酯多元醇）以保持柔韧性（伸长率 >300%）。
• 使用超细粉末（AHP/ZB <2μm）以最大限度地减少抗拉强度损失。
• 过程稳定性控制：
• 保持浆料粘度在 2000-4000 cP（Brookfield RV，4 号转子，20 rpm）以获得均匀涂层。

IV. 与溶剂型液体阻燃剂的比较

五、建议的实施步骤

1. 实验室规模测试：

• 分别评估 AHP/ZB 以及它们的组合（梯度负荷：10%、15%、20%）。
• 评估分散稳定性（24 小时后无沉淀）、粘度变化和涂层均匀性。

1. 中试规模验证：

• 优化干燥条件（时间/温度），并测试阻燃性（UL94、LOI）和机械性能。
• 比较成本：如果 AHP+ZB 与液态阻燃剂相比，成本降低 30% 以上，则在经济上是可行的。

1. 规模化准备：

• 与供应商合作开发预分散的 AHP/ZB 母料（基于 DMF），以简化生产。

六、结论

通过可控分散工艺，AHP 和 ZB 可作为 TPU/DMF 涂料的有效阻燃剂，前提是：

1. 表面改性+高剪切分散用于防止颗粒团聚。
2. AHP（主要）+ ZB（协同剂）兼顾效率和成本。
3. 为了高透明度/灵活性对于有特定要求的阻燃剂，液态磷氮阻燃剂（例如 Levagard 4090N）仍然是首选。

四川泰丰新阻燃剂有限公司（符合ISO和REACH标准）

Email: lucy@taifeng-fr.com