DMF溶媒を用いたTPUコーティングシステム用ハロゲンフリー難燃剤配合
ジメチルホルムアミド（DMF）を溶媒とするTPUコーティングシステムにおいて、難燃剤として次亜リン酸アルミニウム（AHP）およびホウ酸亜鉛（ZB）を使用する場合、体系的な評価が必要です。以下に詳細な分析と実施計画を示します。
I. 次亜リン酸アルミニウム（AHP）の実現可能性分析
1. 難燃性のメカニズムと利点
- 機構：
- 高温で分解してリン酸とメタリン酸を生成し、TPU の炭化を促進します (凝縮相難燃性)。
- PO·ラジカルを放出し、燃焼連鎖反応を遮断します（気相難燃性）。
- 利点:
- ハロゲンフリー、低煙、低毒性、RoHS/REACH準拠。
- 熱安定性が良好（分解温度 ≈ 300°C）、TPU 乾燥プロセスに適しています（通常 <150°C）。
2. アプリケーションの課題と解決策
| チャレンジ | 解決 |
| DMFへの分散性が悪い | 表面改質AHP（例：シランカップリング剤KH-550）を使用します。前分散工程：DMFおよび分散剤（例：BYK-110）を添加したAHPをボールミル粉砕し、粒子径を5μm未満にします。 |
| 高い積載要件（20～30％） | ZB またはメラミンシアヌレート (MCA) との相乗効果により、総負荷を 15 ～ 20% に低減します。 |
| コーティングの透明性の低下 | ナノサイズの AHP (粒子サイズ <1μm) を使用するか、透明な難燃剤 (有機リン酸塩など) と混合します。 |
3. 推奨される配合とプロセス
- 例の配合:
- TPU/DMFベース：100 phr
- 表面改質AHP：20 phr
- ホウ酸亜鉛（ZB）：5 phr（煙抑制相乗効果）
- 分散剤（BYK-110）：1.5 phr
- プロセスの重要なポイント:
- AHP を分散剤および部分的な DMF と高せん断下 (≥3000 rpm、30 分) で事前に混合し、次に TPU スラリーと混合します。
- コーティング後の乾燥: 120 ～ 150°C、DMF が完全に蒸発するように時間を 10% 延長します。
II. ホウ酸亜鉛（ZB）の実現可能性分析
1. 難燃性のメカニズムと利点
- 機構：
- 高温になるとB₂O₃ガラス層を形成し、酸素と熱を遮断します（凝縮相難燃性）。
- 結合水（約 13%）を放出し、可燃性ガスを希釈してシステムを冷却します。
- 利点:
- AHP または三水酸化アルミニウム (ATH) との強力な相乗効果。
- 優れた煙抑制効果があり、低煙用途に最適です。
2. アプリケーションの課題と解決策
| チャレンジ | 解決 |
| 分散安定性が悪い | ナノサイズの ZB (<500nm) と湿潤剤 (例: TegoDispers 750W) を使用します。 |
| 難燃効率が低い（高負荷が必要） | 主な難燃剤（AHP または有機リンなど）との相乗剤（5 ～ 10%）として使用します。 |
| コーティングの柔軟性の低下 | 可塑剤（例：DOP またはポリエステルポリオール）で補います。 |
3. 推奨される配合とプロセス
- 例の配合:
- TPU/DMFベース：100 phr
- ナノサイズのZB：8 phr
- AHP: 15 phr
- 湿潤剤 (Tego 750W): 1 phr
- プロセスの重要なポイント:
- TPU スラリーと混合する前に、ビーズミル処理 (粒子サイズ ≤ 2μm) により ZB を DMF に事前分散します。
- 残留水分が難燃性に影響するのを避けるために、乾燥時間を延長します（例：30 分）。
III. AHP + ZBシステムの相乗効果の評価
1. 相乗的な難燃効果
- 気相と凝縮相の相乗効果：
- AHP は炭化のためのリンを供給し、ZB は炭化層を安定させて残光を抑制します。
- 複合LOI：28〜30％、UL94 V-0（1.6mm）達成可能。
- 煙抑制:
- ZB は煙の排出を 50% 以上削減します (コーン熱量計テスト)。
2. パフォーマンスバランスの推奨事項
- 機械的特性補正:
- 柔軟性（伸び > 300%）を維持するために、2～3% の TPU 可塑剤（例：ポリカプロラクトンポリオール）を追加します。
- 引張強度の低下を最小限に抑えるには、超微粉末 (AHP/ZB <2μm) を使用します。
- プロセス安定性制御:
- 均一なコーティングを実現するために、スラリー粘度を 2000 ～ 4000 cP (Brookfield RV、スピンドル 4、20 rpm) に維持します。
IV. 溶剤系液体難燃剤との比較
| パラメータ | AHP + ZBシステム | 液体リン窒素 FR (例: Levagard 4090N) |
| 読み込み中 | 20～30% | 15～25% |
| 分散の難しさ | 前処理（高せん断/表面改質）が必要 | 直接溶解、分散不要 |
| 料金 | 低価格（約3～5ドル/kg） | 高額（約10～15ドル/kg） |
| 環境への影響 | ハロゲンフリー、低毒性 | ハロゲンを含む場合があります（製品によって異なります） |
| コーティングの透明性 | 半透明から不透明 | 高い透明性 |
V. 推奨される実装手順
- ラボ規模のテスト:
- AHP/ZB を個別および組み合わせて評価します (勾配負荷: 10%、15%、20%)。
- 分散安定性（24 時間後に沈殿しない）、粘度の変化、コーティングの均一性を評価します。
- パイロット規模の検証:
- 乾燥条件 (時間/温度) を最適化し、難燃性 (UL94、LOI) と機械的特性をテストします。
- コストの比較: AHP+ZB により、流動性 FR と比較してコストが 30% 以上削減される場合、経済的に実行可能です。
- スケールアップの準備:
- サプライヤーと協力して、生産を簡素化するための事前分散 AHP/ZB マスターバッチ (DMF ベース) を開発します。
VI. 結論
制御された分散プロセスにより、AHP と ZB は、次の条件を満たす場合、TPU/DMF コーティングの有効な難燃剤として機能します。
- 表面改質 + 高せん断分散粒子の凝集を防ぐために適用されます。
- AHP（主）+ ZB（相乗効果）効率とコストのバランスをとります。
- のために高い透明性/柔軟性要件を満たすには、液体リン-窒素FR（例：Levagard 4090N）が依然として好ましい。
四川省泰豊新難燃剤株式会社（ISO & REACH）
Email: lucy@taifeng-fr.com
投稿日時: 2025年5月22日
