हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक पीवीसी चमड़े के लिए सूत्रीकरण रूपांतरण

हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक पीवीसी चमड़े के लिए सूत्रीकरण रूपांतरण

परिचय

ग्राहक अग्निरोधी पीवीसी चमड़ा और पहले इस्तेमाल किए जाने वाले एंटीमनी ट्राइऑक्साइड (Sb₂O₃) का उत्पादन करता है। अब उनका लक्ष्य Sb₂O₃ को हटाकर हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी उत्पादों का उपयोग करना है। वर्तमान फॉर्मूलेशन में पीवीसी, डीओपी, एपॉक्सी, बीजेड-500, एसटी, हिकोट-410 और एंटीमनी शामिल हैं। एंटीमनी-आधारित पीवीसी चमड़ा फॉर्मूलेशन से हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी प्रणाली में परिवर्तन एक महत्वपूर्ण तकनीकी उन्नयन का प्रतिनिधित्व करता है। यह बदलाव न केवल बढ़ते पर्यावरणीय नियमों (जैसे, RoHS, REACH) का अनुपालन करता है, बल्कि उत्पाद की "पर्यावरण-अनुकूल" छवि और बाजार प्रतिस्पर्धात्मकता को भी बढ़ाता है।

प्रमुख चुनौतियाँ

1. सहक्रियात्मक प्रभाव की हानि:
   • Sb₂O₃ अपने आप में एक प्रबल ज्वाला मंदक नहीं है, लेकिन PVC में क्लोरीन के साथ उत्कृष्ट सहक्रियात्मक ज्वाला मंदक प्रभाव प्रदर्शित करता है, जिससे दक्षता में उल्लेखनीय सुधार होता है। एंटीमनी को हटाने के लिए एक वैकल्पिक हैलोजन-मुक्त प्रणाली की आवश्यकता होती है जो इस सहक्रिया को दोहरा सके।
2. ज्वाला मंदता दक्षता:
   • हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक को समतुल्य ज्वाला मंदक रेटिंग (जैसे, UL94 V-0) प्राप्त करने के लिए अक्सर उच्च लोडिंग की आवश्यकता होती है, जो यांत्रिक गुणों (कोमलता, तन्य शक्ति, बढ़ाव), प्रसंस्करण प्रदर्शन और लागत को प्रभावित कर सकती है।
3. पीवीसी चमड़े की विशेषताएं:
   • पीवीसी चमड़े के लिए उत्कृष्ट कोमलता, हाथ से छूने पर अच्छा स्पर्श, सतह पर निखार (उभरा हुआ, चमकदार), मौसम प्रतिरोधी, विस्थापन प्रतिरोधी और कम तापमान में लचीलापन ज़रूरी है। नए फॉर्मूलेशन में इन गुणों को बनाए रखना होगा या उनसे काफ़ी मेल खाना होगा।
4. प्रसंस्करण प्रदर्शन:
   • हैलोजन-मुक्त भराव (जैसे, ATH) का उच्च भार पिघले हुए प्रवाह और प्रसंस्करण स्थिरता को प्रभावित कर सकता है।
5. लागत पर विचार:
   • कुछ उच्च दक्षता वाले हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी महंगे होते हैं, जिसके कारण प्रदर्शन और लागत के बीच संतुलन आवश्यक हो जाता है।

हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक प्रणालियों के लिए चयन रणनीति (पीवीसी कृत्रिम चमड़े के लिए)

1. प्राथमिक ज्वाला मंदक - धातु हाइड्रॉक्साइड

• एल्युमिनियम ट्राइहाइड्रॉक्साइड (ATH):
  • सबसे आम, लागत प्रभावी.
  • क्रियाविधि: ऊष्माशोषी अपघटन (~200°C), जल वाष्प जारी कर ज्वलनशील गैसों और ऑक्सीजन को पतला करता है तथा एक सुरक्षात्मक सतह परत बनाता है।
  • कमियां: कम दक्षता, उच्च लोडिंग की आवश्यकता (40-70 phr), कोमलता, बढ़ाव और प्रक्रियाशीलता को काफी कम कर देता है; अपघटन तापमान कम होता है।
• मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड (MDH):
  • उच्च अपघटन तापमान (~340°C), PVC प्रसंस्करण (160-200°C) के लिए बेहतर अनुकूल।
  • कमियां: समान उच्च लोडिंग (40-70 phr) की आवश्यकता; ATH की तुलना में थोड़ा अधिक लागत; उच्च नमी अवशोषण हो सकता है।

रणनीति:

• लागत, प्रसंस्करण तापमान अनुकूलनशीलता और अग्निरोधी क्षमता को संतुलित करने के लिए एमडीएच या एटीएच/एमडीएच मिश्रण (जैसे, 70/30) को प्राथमिकता दें।
• सतह-उपचारित (जैसे, सिलेन-युग्मित) ATH/MDH, PVC के साथ संगतता में सुधार करता है, गुण क्षरण को कम करता है, तथा ज्वाला मंदता को बढ़ाता है।

2. ज्वाला मंदक सिनर्जिस्ट

प्राथमिक ज्वाला मंदक भार को कम करने और दक्षता में सुधार करने के लिए, सहक्रियाकारक आवश्यक हैं:

• फास्फोरस-नाइट्रोजन ज्वाला मंदक: हैलोजन मुक्त पीवीसी प्रणालियों के लिए आदर्श।
  • अमोनियम पॉलीफॉस्फेट (एपीपी): यह जलने को बढ़ावा देता है, तथा एक ऊष्मारोधी इन्सुलेटिंग परत का निर्माण करता है।
    • नोट: प्रसंस्करण के दौरान अपघटन से बचने के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी ग्रेड (जैसे, चरण II, >280°C) का उपयोग करें। कुछ APP पारदर्शिता और जल प्रतिरोध को प्रभावित कर सकते हैं।
  • एल्युमिनियम डाइएथिलफॉस्फीनेट (एडीपी): अत्यधिक कुशल, कम लोडिंग (5-20 पीएचआर), गुणों पर न्यूनतम प्रभाव, अच्छी तापीय स्थिरता।
    • कमी: अधिक लागत.
  • फॉस्फेट एस्टर (जैसे, आरडीपी, बीडीपी, टीसीपीपी): प्लास्टिकीकरण अग्निरोधी के रूप में कार्य करते हैं।
    • लाभ: दोहरी भूमिका (प्लास्टिसाइज़र + अग्निरोधी)।
    • विपक्ष: छोटे अणु (जैसे, TCPP) विस्थापित/अस्थिर हो सकते हैं; RDP/BDP में DOP की तुलना में कम प्लास्टिकीकरण दक्षता होती है और यह कम तापमान लचीलेपन को कम कर सकता है।
• जिंक बोरेट (ZB):
  • कम लागत वाला, बहुक्रियाशील (ज्वाला रोधी, धुआँ निरोधक, चारकोल प्रवर्तक, टपकन-रोधी)। ATH/MDH और फॉस्फोरस-नाइट्रोजन प्रणालियों के साथ अच्छी तरह से तालमेल बिठाता है। विशिष्ट लोडिंग: 3–10 phr.
• जिंक स्टैनेट/हाइड्रॉक्सी स्टैनेट:
  • उत्कृष्ट धुआँ निरोधक और ज्वाला मंदक सहक्रियाकारक, विशेष रूप से क्लोरीन युक्त पॉलिमर (जैसे, PVC) के लिए। एंटीमनी की सहक्रियात्मक भूमिका को आंशिक रूप से प्रतिस्थापित कर सकता है। विशिष्ट लोडिंग: 2–8 phr.
• मोलिब्डेनम यौगिक (जैसे, MoO₃, अमोनियम मोलिब्डेट):
  • ज्वाला मंदक सहक्रिया के साथ शक्तिशाली धुआँ निरोधक। विशिष्ट लोडिंग: 2–5 phr.
• नैनो फिलर्स (जैसे, नैनोक्ले):
  • कम भार (3-8 phr) ज्वाला मंदता (चारकोल निर्माण, ऊष्मा उत्सर्जन दर में कमी) और यांत्रिक गुणों में सुधार करते हैं। फैलाव महत्वपूर्ण है।

3. धूम्रपान निरोधक

पीवीसी दहन के दौरान भारी धुआँ उत्पन्न करता है। हैलोजन-मुक्त फ़ॉर्मूलेशन में अक्सर धुआँ दबाने की आवश्यकता होती है। ज़िंक बोरेट, ज़िंक स्टैनेट और मोलिब्डेनम यौगिक बेहतरीन विकल्प हैं।

प्रस्तावित हैलोजन-मुक्त ज्वाला मंदक सूत्रीकरण (ग्राहक के मूल सूत्रीकरण पर आधारित)

लक्ष्य: कोमलता, प्रक्रियाशीलता और प्रमुख गुणों को बनाए रखते हुए UL94 V-0 (1.6 मिमी या अधिक मोटा) प्राप्त करना।

मान्यताएँ:

• मूल सूत्रीकरण:
  • डीओपी: 50-70 पीएचआर (प्लास्टिसाइज़र)।
  • एसटी: संभवतः स्टीयरिक एसिड (स्नेहक)।
  • HICOAT-410: Ca/Zn स्टेबलाइजर.
  • BZ-500: संभवतः एक स्नेहक/प्रसंस्करण सहायक (पुष्टि हेतु)।
  • एपॉक्सी: एपॉक्सीकृत सोयाबीन तेल (सह-स्थिरीकरण/प्लास्टिसाइज़र)।
  • सुरमा: Sb₂O₃ (हटाया जाना है)।

1. अनुशंसित फॉर्मूलेशन फ्रेमवर्क (प्रति 100 पीएचआर पीवीसी रेजिन)

2. उदाहरण सूत्रीकरण (अनुकूलन की आवश्यकता है)

महत्वपूर्ण कार्यान्वयन चरण

1. कच्चे माल का विवरण पुष्टि करें:
   • की रासायनिक पहचान स्पष्ट करेंबीजेड-500औरST(आपूर्तिकर्ता डेटाशीट से परामर्श करें)।
   • सटीक लोडिंग सत्यापित करेंडीओपी,epoxy, औरहिकोट-410.
   • ग्राहक की आवश्यकताओं को परिभाषित करें: लक्ष्य ज्वाला मंदता (जैसे, UL94 मोटाई), कोमलता (कठोरता), अनुप्रयोग (मोटर वाहन, फर्नीचर, बैग?), विशेष आवश्यकताएं (शीत प्रतिरोध, यूवी स्थिरता, घर्षण प्रतिरोध?), लागत सीमाएं।
2. विशिष्ट ज्वाला मंदक ग्रेड का चयन करें:
   • आपूर्तिकर्ताओं से पीवीसी चमड़े के लिए अनुकूलित हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी नमूनों का अनुरोध करें।
   • बेहतर फैलाव के लिए सतह-उपचारित ATH/MDH को प्राथमिकता दें।
   • एपीपी के लिए, उच्च तापमान प्रतिरोधी ग्रेड का उपयोग करें।
   • फॉस्फेट एस्टर के लिए, कम प्रवास के लिए TCPP की तुलना में RDP/BDP को प्राथमिकता दें।
3. प्रयोगशाला-स्तरीय परीक्षण एवं अनुकूलन:
   • अलग-अलग लोडिंग के साथ छोटे बैच तैयार करें (उदाहरण के लिए, एमडीएच/एपीपी/जेडबी/जेडएस अनुपात समायोजित करें)।
   • मिश्रण: समान फैलाव के लिए उच्च गति वाले मिक्सर (जैसे, हेन्शेल) का प्रयोग करें। पहले तरल पदार्थ (प्लास्टिसाइज़र, स्टेबलाइज़र) डालें, फिर पाउडर।
   • प्रसंस्करण परीक्षण: उत्पादन उपकरण पर परीक्षण (जैसे, बैनबरी मिक्सर + कैलेंडरिंग)। प्लास्टिफिकेशन समय, पिघलन श्यानता, टॉर्क, सतह की गुणवत्ता की निगरानी करें।
   • प्रदर्शन परीक्षण:
     • ज्वाला मंदता: UL94, LOI.
     • यांत्रिक गुण: कठोरता (शोर ए), तन्य शक्ति, बढ़ाव।
     • कोमलता/हाथ का अनुभव: व्यक्तिपरक + कठोरता परीक्षण।
     • निम्न-तापमान लचीलापन: शीत मोड़ परीक्षण.
     • तापीय स्थिरता: कांगो लाल परीक्षण।
     • उपस्थिति: रंग, चमक, उभार.
     • (वैकल्पिक) धुआं घनत्व: एनबीएस धूम्रपान कक्ष।
4. समस्या निवारण एवं संतुलन:

5. पायलट और उत्पादन: प्रयोगशाला अनुकूलन के बाद, स्थिरता, सुसंगतता और लागत की पुष्टि के लिए पायलट परीक्षण करें। सत्यापन के बाद ही पैमाने बढ़ाएँ।

निष्कर्ष

एंटीमनी-आधारित से हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी पीवीसी चमड़े में परिवर्तन संभव है, लेकिन इसके लिए व्यवस्थित विकास की आवश्यकता है। मूल दृष्टिकोण में धातु हाइड्रॉक्साइड (अधिमानतः सतह-उपचारित एमडीएच), फॉस्फोरस-नाइट्रोजन सहक्रियाकारक (एपीपी या एडीपी), और बहुक्रियाशील धुआँ निरोधक (ज़िंक बोरेट, ज़िंक स्टैनेट) का संयोजन शामिल है। साथ ही, प्लास्टिसाइज़र, स्टेबलाइज़र, स्नेहक और प्रसंस्करण सहायक उपकरणों का अनुकूलन महत्वपूर्ण है।

सफलता की कुंजी:

1. स्पष्ट लक्ष्य और बाधाएं (ज्वाला रोधकता, गुण, लागत) परिभाषित करें।
2. सिद्ध हैलोजन-मुक्त अग्निरोधी (सतह-उपचारित भराव, उच्च-तापमान एपीपी) का चयन करें।
3. कठोर प्रयोगशाला परीक्षण (ज्वाला रोधकता, गुण, प्रसंस्करण) का संचालन करें।
4. एकसमान मिश्रण और प्रक्रिया अनुकूलता सुनिश्चित करें।

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