Einschränkungen und Prozessanpassung von rotem Phosphor in PU-Hartschaumformulierungen der Klasse B1
Für Hersteller von Hartschaum der Klasse B1 besteht die größte Angst nicht darin, „den Test nicht zu bestehen“, sondern vielmehr darin, „den Test zu bestehen, nur um zu sehen, wie der Anteil geschlossener Zellen sinkt“. Wenn der Anteil geschlossener Zellen von 90 % auf 82 % sinkt und die Wärmeleitfähigkeit von 0,022 auf über 0,026 steigt, erfüllt das Produkt möglicherweise die Flammschutzanforderungen, aber seine Wärmedämmleistung leidet. Im Rahmen des GB 8624-2023 sind die Kernindikatoren für Klasse B1 FIGRA ≤ 120 W/s und THR600s ≤ 7,5 MJ. Bei diesen Zahlen handelt es sich um Mindestanforderungen, die eigentliche Herausforderung liegt jedoch in den Formulierungskosten, der Zellqualität und der langfristigen Prozessstabilität.
Der Wert von rotem Phosphor lässt sich in einem einzigen Satz zusammenfassen: Seine Flammschutzwirkung pro Masseneinheit ist weitaus höher als die von Aluminiumhydroxid oder Blähgraphit. In einer typischen Rohrisolierungsformulierung (100 Teile Polyether, MDI-Index 1,05, 2,5 Teile wassergetriebener Schaum) benötigt Aluminiumhydroxid 35–45 Teile, um den Standards der Klasse B1 nahe zu kommen, während roter Phosphor die FIGRA mit nur 10–14 Teilen auf unter 100 W/s senken kann.
Dieser Unterschied spiegelt sich direkt in der Schaumzellstruktur wider. Bei Aluminiumhydroxid-Systemen sinkt der Geschlossenzelligkeitsgrad aufgrund zu hoher Feststoffanteile von 90 % auf unter 82 % und die Wärmeleitfähigkeit steigt von 0,022 auf über 0,026; In Systemen mit rotem Phosphor bleibt der Anteil geschlossener Zellen selbst bei 12 Teilen über 87 %, wobei die Wärmeleitfähigkeit nur um 0,001–0,002 ansteigt. Basierend auf einer jährlichen Produktion von 2.000 Tonnen Paneelen kann die Lösung aus rotem Phosphor im Vergleich zum Aluminiumhydroxidsystem allein etwa 150.000–200.000 Yuan an Flammschutzkosten einsparen. Darin liegt der praktische Vorteil der Wahl des richtigen Flammschutzmittels.
Allerdings steht roter Phosphor in Hartschaumsystemen vor zwei besonderen Herausforderungen, die auf Prozessebene angegangen werden müssen.
Herausforderung 1: Sobald roter Phosphor hinzugefügt wird, wird die Schaumgeschwindigkeit unregelmäßig.
Spuren von Phosphorsäure auf der Oberfläche von rotem Phosphor senken den pH-Wert der Polyolmischung. Sinkt der pH-Wert unter 5,5, verkürzt sich die milchig-weiße Phase, der Schaum steigt ungleichmäßig auf und im Endprodukt entsteht ein merklicher Dichtegradient. Silberbeschichteter roter Phosphor verwendet eine anorganisch-organische Verbundbeschichtung, um Oberflächensäuren zu isolieren und den pH-Wert der Polyolmischung bei 6,0–6,8 zu halten – im Wesentlichen derselbe, als wenn kein Flammschutzmittel hinzugefügt wird. Wenn Sie weiterhin unbeschichteten roten Phosphor verwenden, wird empfohlen, während der Polyol-Vormischphase 0,3–0,5 Teile Triethanolamin oder Dabco 33LV als Puffer hinzuzufügen. Hinweis: Ein Schaumtechniker fügte einmal 0,3 Teile mehr Triethanolamin als angegeben hinzu, was die milchig-weiße Phase um 12 Sekunden verlängerte und zu einer Endproduktdichte führte, die 7 % unter dem Designwert lag – was dazu führte, dass die Mischung an beiden Enden abwich.
Herausforderung 2: Roter Phosphor ist dichter als Polyole und sinkt bei längerem Stehen zu Boden.
Die wahre Dichte von rotem Phosphor beträgt etwa 2,3 g/cm³, während die von Polyolen nur 1,0–1,1 g/cm³ beträgt; Dieser signifikante Unterschied führt bei längerer Lagerung zu merklichen Absetzungen. Das mit Silber weichgemachte Komposit-Flammschutzmittel aus rotem Phosphor dispergiert Mikropulver aus rotem Phosphor in einem flüssigen Phosphatester-Träger mit einer Viskosität von 8.000–12.000 mPa·s bei 25 °C vor und zeigt Scherverdünnung. In einem statischen Mischer einer kontinuierlichen Produktionslinie kann die Paste innerhalb von 30 Sekunden gründlich mit dem Polyol vermischt werden; Bei der manuellen Chargenformulierung kann die Paste direkt gepumpt und dosiert werden, wodurch menschliche Fehler von ±3–5 % beim Pulverwiegen vermieden werden.
Empfohlener Formulierungsbereich: Basierend auf 100 Teilen Polyetherpolyol beträgt die empfohlene Zugabemenge für beschichtetes rotes Phosphorpulver oder pastenförmiges Flammschutzmittel 10–15 Teile. Bei Werten unter 10 Teilen schwankt der FIGRA-Wert beim SBI-Test erheblich (ungleichmäßige Zellstruktur, zufällige Ergebnisse); Bei Mengen über 15 Teilen nimmt die Sprödigkeit des Schaums zu und die Haftfestigkeit am Untergrund nimmt ab. Wir empfehlen, zunächst eine 12-teilige Probe vorzubereiten und einen vorläufigen SBI-Test gemäß GB/T 20284 durchzuführen. Wenn der FIGRA-Wert >120 W/s beträgt, erhöhen Sie die Dosierung auf 13–14 Teile oder fügen Sie 1–2 Teile Melaminpolyphosphat (MPP) hinzu, um eine Synergie mit der Gasquelle zu erreichen. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Versuch-und-Irrtum-Tests entfallen. Durch die datengesteuerte Entscheidungsfindung können Sie den optimalen Punkt bei minimaler Rohstoffverschwendung ermitteln.
Formulierungsempfehlungen: Basierend auf 100 Teilen Polyetherpolyol beträgt die empfohlene Zugabemenge für beschichtetes rotes Phosphorpulver oder pastöse Flammschutzmittel 10–15 Teile. Bei Werten unter 10 Teilen schwankt der FIGRA-Wert beim SBI-Test erheblich (ungleichmäßige Zellstruktur, zufällige Ergebnisse); Bei Mengen über 15 Teilen nimmt die Sprödigkeit des Schaums zu und die Haftfestigkeit am Obermaterial nimmt ab. Es wird empfohlen, zunächst eine Probe mit 12 Teilen vorzubereiten und einen vorläufigen SBI-Test gemäß GB/T 20284 durchzuführen. Wenn der FIGRA-Wert 120 W/s überschreitet, erhöhen Sie die Dosierung auf 13–14 Teile oder fügen Sie 1–2 Teile Melaminpolyphosphat (MPP) hinzu, um eine Synergie mit der Gasquelle zu erreichen. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass Versuch-und-Irrtum-Tests vermieden werden. Stattdessen ermöglicht Ihnen die datengesteuerte Entscheidungsfindung, den optimalen Punkt mit minimaler Rohstoffverschwendung zu identifizieren.
Beachten Sie bei Exporten in die EU die Rauchdichteanforderungen für B-s1,d0 in EN 13501-1. Während der Karbonisierungsmechanismus von rotem Phosphor die Flammenausbreitung unterdrückt, kann es bei zu dichter Kohlenstoffschicht unter Wärmestrahlung zur Bildung von CO anstelle von CO₂ kommen, was zu einer Verringerung der Lichtdurchlässigkeit führt. Silberbeschichteter roter Phosphor steuert die Geschwindigkeit der Phosphorfreisetzung, um eine poröse Struktur in der Kohleschicht statt eines glasigen Zustands aufrechtzuerhalten. Beim Rauchdichtetest nach EN ISO 5659-2 kann der Ds(4)-Wert typischerweise unter 350 gehalten werden, was deutlich unter dem Schwellenwert der S1-Klasse von ≤600 liegt.
Zusammenfassend:
Bei der Verwendung von rotem Phosphor zur Herstellung von Hartschaum der Klasse B1 sind sowohl der Kostenvorteil als auch die Zellqualität bekannt; Der Schlüssel liegt in der Auswahl der richtigen Beschichtungsform und Dosierung. Beginnen Sie unter Verwendung bestehender Formulierungen mit 12 Teilen als Basis und bestimmen Sie die Parameter anhand von Daten aus 1–2 Chargen von SBI-Tests – dies ist weitaus effizienter als die Versuch-und-Irrtum-Formulierung im Labor. Für die Beschichtung von rotem Phosphorpulver und pastösen Flammschutzmitteln bietet Yinsu entsprechende Produktformen an, die sowohl für manuelle Chargenproduktionslinien als auch für kontinuierliche Großproduktionslinien geeignet sind. Wenn Sie Muster oder Prozessempfehlungen benötigen, wenden Sie sich bitte an das Team für Flammschutztechnologie von Yinsu.
