PP スパンボンド ロールは、垂直燃焼試験で 4 秒以内にコイン大の穴が残るまでは、欠陥がないように見えました。ラインは午前中ずっと順調に進んでいた。問題は機械ではなく、難燃剤マスターバッチでした。不織布の製造において、この添加剤はポリマーレオロジー、火炎化学、プロセス安定性の交差点に位置します。間違ったキャリア、間違った添加剤の化学的性質、または間違ったレットダウン比を選択すると、準拠したレシピがコストのかかる不合格品になる可能性があります。

このガイドでは、難燃性マスターバッチとは何か、その仕組み、PP スパンボンドおよびメルトブローン製造における難燃性マスターバッチの判断方法、および装置の選択における意味について説明します。

難燃性マスターバッチの役割

難燃性マスターバッチは、ポリマー担体中に分散された難燃性添加剤の濃縮混合物であり、押出中にポリプロピレンに注入されるように設計されています。プラスチックを不燃にするわけではありません。点火を遅らせ、火炎の広がりを制限し、多くの配合物で煙を減らします。この違いは、バルクプラスチックよりも不織布の方が重要です。薄いフィラメントウェブは、単位質量当たりの表面積が非常に大きくなります。酸素はすべての繊維に到達するため、ポリマー溶融物が分子レベルで変更されない限り、火災は急速に広がります。

難燃剤はいくつかのメカニズムを通じて作用します。ラジカルスカベンジャーを気相に放出して燃焼を中断するものもあります。他のものは繊維表面での炭化を促進し、下にあるポリマーを断熱します。金属水酸化物は吸熱的に分解し、熱を吸収して水蒸気を放出します。ほとんどの商用システムは、特定のテストに合格するために 2 つ以上のメカニズムを組み合わせています。

ハロゲン化マスターバッチとハロゲンフリーマスターバッチ

難燃剤マスターバッチの 2 つの大まかなファミリーには、異なるプロセスおよびコンプライアンス プロファイルがあります。ハロゲン化システムは低負荷で効果的であり、手頃な価格ですが、火災時に濃煙や腐食性ガスが発生する可能性があるため、一部の市場では制限されています。ゼロハロゲン システム、一般にリンベースまたは膨張性システムは、より高い負荷が必要な場合でも、煙の発生が少なく、毒性が低いため、ますます好まれています。どちらを選択するかは、最終用途の規格、生地が意図する火災シナリオ、および添加剤を処理する生産ラインの能力によって異なります。

PP不織布製造の主要な選択基準

スパンボンドまたはメルトブローン ラインの難燃剤マスターバッチを評価する場合、添加剤の難燃性化学性は半分にすぎません。マスターバッチはまた、押出プロセスに耐え、ポリマーの流れとの適合性を維持する必要があります。重要な基準には次のものが含まれます。

• キャリア樹脂との適合性。 キャリアのメルトフローレートはベースの PP グレードに近い必要があります。高速スパンボンド ラインでは、高粘度のキャリアがダイ圧力の急上昇やフィラメントの分布の不均一を引き起こす可能性があります。
• メルトフローインデックスの調整。 スパンボンド不織布用の PP は通常、15 ～ 40 g/10 分の MFI 範囲で使用されます。メルトブローンでは多くの場合、より高い MFI が使用されます。マスターバッチ担体の MFI がはるかに低い場合、流動助剤ではなく補強剤として機能し、プロセスが中断される可能性があります。
• ろ過と粒子サイズ。 メルトブローン ダイの場合、ろ過されていない凝集物が紡糸口金をブロックします。細かく、よく分散した粒子を含むマスターバッチを求め、それがプロセス温度でスクリーンパックを通過できるかどうかを確認してください。
• 熱安定性。 摂氏 230 ～ 260 度の処理温度では、添加剤が分解したり、表面欠陥を形成する揮発性ガスが発生したりしてはなりません。
• 目標基準と投与量。 UL 94 V-0、FMVSS 302、および EN 13501 では、異なるレベルの保護が必要です。添加量は、有効成分と生地の重量に応じて、通常 5 ～ 20 重量パーセントになります。プラークだけでなく、生地の構造を正確にテストします。
• 二次的な効果。 色、匂い、湿潤性、静電気の帯電、および機械的強度はすべて、負荷によって変化する可能性があります。燃焼試験に合格したマスターバッチでも、柔軟性や濾過の要件を満たさない可能性があります。

FR マスターバッチがスパンボンドおよびメルトブローン加工に与える影響

難燃性マスターバッチを添加すると、溶融物のレオロジーと生地の物理的挙動が変化します。スパンボンドラインでは、高濃度の無機粒子または膨張性粒子がポリマー鎖の連続性を妨げるため、添加剤の添加量が多くなると引張強度と伸びが低下することがよくあります。マスターバッチの濃度がスクリューの混合能力を超えると、フィラメントの破損が発生する可能性があります。メルトブローン ラインでは、粒子が十分に細かくない場合、同じ負荷によってダイが詰まり、濾過効率が低下する可能性があります。

これが、添加剤の適合性が研究室の関心事ではない理由です。それは回線のパフォーマンスの問題です。プラークテストで良好に見えるマスターバッチでも、ピンホール、ダイストリーク、または不十分な静水頭のある不織布が生成される可能性があります。完全なレシピにコミットする前に、同じスクリーンパックとダイ構成を使用して実際のラインで小規模なトライアルを実行してください。 添加剤が不織布の品質と性能に与える影響 化学だけでなく分散にも大きく依存します。

FR不織布の適切な生産ラインの選択

生産ラインは、プロセスが不安定になる前にどの程度の難燃剤を添加できるかを決定します。あ シングルビームスパンボンド不織布機 ショッピングバッグ、農業用カバー、自動車トリムなどの低コストの FR 生地では、仕様が制限された火炎伝播と中程度の添加剤負荷で測定される場合には、これで十分であることがよくあります。プロセスパスが簡素化されたことで、洗浄や配合変更が容易になります。

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寝具、座席、バリア、防護服などの高価値 FR 用途の場合、SMS や SMMS などの多層構造を使用すると、設計の自由度が高まります。 4 ビーム SMMS スパンメルト不織布生産ラインは、他の部分の濾過や手触りを維持しながら、難燃性マスターバッチを特定の層に保持することができます。この層化アプローチでは、すべての層を同じ添加量で処理する場合と比較して、必要な添加剤の総量が削減されます。

ビーム構成はプロセス温度、滞留時間、冷却に影響を与え、これらすべてが添加剤の性能に影響を与えます。 ビーム構成が生産にどのような影響を与えるかを理解する FR 関数をどこに配置するかを決定するのに役立ちます。主に通常の生地を生産している場合は、FR の 1 回の注文のためだけに余分なビームを購入することは避けてください。代わりに、単一行のトライアルと検証済みのマスターバッチを使用してください。

実際の応用とテスト

難燃性不織布は単一の製品カテゴリーではありません。車の内装生地には、燃焼速度を 100 mm/分未満に制限する FMVSS 302 が必要な場合があります。公共の建物のカーテンには、可燃性だけでなく煙の発生や炎の飛沫も評価する EN 13501 B-s1,d0 が必要となる場合があります。子供用のソファカバーは TB 117 に該当する可能性があります。これらの規格には互換性がなく、ある規格に合格したマスターバッチが別の規格に合格しない可能性があります。

ラインを委託してマスターバッチを選択するときは、必ずフラットフィルムではなく完成したロールをテストしてください。不織布の重量、密度、仕上げ処理により、燃焼経路が変化します。非常に軽量のスパンボンド生地では、同じ評価を達成するために、より重い生地よりもグラムあたりの難燃剤が多く必要になる場合があります。逆に、添加剤が多すぎると、溶融ポリマーを液滴に引き込むウィッキングチャネルが作成される可能性があります。熱接着温度も重要です。カレンダーが熱すぎると、目に見える欠陥が現れずに難燃剤が表面近くで揮発する可能性があります。

規格に準拠した難燃性不織布への信頼性の高い方法は、優れたマスターバッチの化学的性質、適切な添加量、およびウェブの品質を損なうことなく高添加量の添加剤を処理できる装置の組み合わせです。検証済みのマスターバッチから開始し、目標の生地重量でテストし、スケールする前にラインの安定性をチェックします。ここでの正しい決定は、不織布における最も高価な問題を回避します。つまり、完成したロールは見栄えがよく、すぐに燃えます。