Grafik zu den unterschiedlichen Untersuchungen zur Wirkungsweise von hyperverzweigten Polymeren als Flammschutzmittel
Quelle: BAM, Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Durch den Einsatz von Flammschutzmitteln können die Brandeigenschaften von Kunststoffen drastisch verbessert werden. Sie fördern die Sicherheit in Technik und Chemie, da sie im Brandfall Fluchtzeiten verlängern oder sogar Entstehungsbrände verhindern können. In vielen Fällen führt die Beimischung von Flammschutzmitteln bei Kunstoffen jedoch zu unerwünschten Änderungen ihrer Materialeigenschaften, wie z.B. die Senkung der Glasübergangstemperatur, was Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs haben kann. Eine Aufgabe der BAM ist es die Wirkungsmechanismen von Flammschutzmittel zu untersuchen, um so deren sicheren Einsatz zu gewährleisten.
Eine Gruppe an Flammschutzmitteln, die eine multifunktionale Wirkungsweise mit einem geringen Einfluss auf Materialeigenschaften verbindet sind hyperverzweigte (hb) Polymere. hb Polymere besitzen aufgrund ihrer komplexen Struktur einige außergewöhnliche Eigenschaften, wie z.B. ihre erhöhte Mischbarkeit mit und verbesserte Immobilisierung in einer Polymermatrix. Hervorzuheben sind auch ihre geringe Persistenz, Bioakkumulation und Toxizität, welche für die EU Richtlinie REACH maßgeblich sind. Phosphorhaltige hb Polymere sind daher ideale Flammschutzmittel, besonders für Epoxidharze, dessen Materialeigenschaften untrennbar mit deren Nutzung verbunden sind.
Das Ziel des DFG-gefördertem Projekts (DFG SCHA 730/15-1; WU 750/8-1) war es, ein molekulares Verständnis der Wirkungsweise dieser Makomoleküle als additive Flammschutzmittel für Epoxidharze zu gewinnen. In Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz konnte in mehreren Veröffentlichungen der Einfluss der komplexen Struktur des Materials, des O:N-Verhältnisses zu Phosphor, die Rolle von Schwefel und dessen Oxidationsstufe und die Bedeutung der Aromatizität der Matrix untersucht werden. Der multimethodische Ansatz mittels spektroskopischer Analyse und Brandtests ermöglichte die Aufstellung von Modellen zu Zersetzungsmechanismen, welche das Potential tragen künftige Zusammensetzungen von Kunststoffen und Brandschutzmitteln zu verbessern.
Hyperbranched phosphorus flame retardants: multifunctional additives for epoxy resins
A. Battig, J.C. Markwart, F.R. Wurm, B. Schartel
veröffentlicht in Polymer Chemistry, 10, 4346-4358, 2019
Matrix matters: Hyperbranched flame retardants in aliphatic and aromatic epoxy resins
A. Battig, J.C. Markwart, F.R. Wurm, B. Schartel
veröffentlicht in Polymer Degradation and Stability, 170, 108986, 2019
Sulfur’s role in the flame retardancy of thio-ether–linked hyperbranched polyphosphoesters in epoxy resins
A. Battig, J.C. Markwart, F.R. Wurm, B. Schartel
veröffentlicht in European Polymer Journal, 122, 109390, 2020
BAM, Fachbereich Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen