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Development of safe and eco-friendly flame retardant materials based on CNT co-additives for commodity polymers

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Sicherer, umweltfreundlichere Flammschutzmittel

Halogenierte Flammschutzmittel werden häufig in Konsumgütern verwendet. Die Persistenz und Bioakkumulation in lebenden Organismen hat allerdings zu Bedenken über deren potenzielle Toxizität geführt. EU-finanzierte Wissenschaftler entwickelten neue, umweltfreundliche Alternativen.

Industrielle Technologien

Im Zuge des Projekts DEROCA (Development of safe and eco-friendly flame retardant materials based on CNT co-additives for commodity polymers) wurden synergetische Effekte zwischen Kohlenstoffnanoröhren und phosphorbasierten Flammschutzmitteln sowie weiteren neuen vielversprechenden Zusatzstoffen in intumeszenten Systemen oder Systemen für die Bildung von Kohlenstoffkrusten genutzt. Die Projektpartner entwickelten Prüfmethoden und beurteilten die sichere Verwendung sowie die Ungiftigkeit des neuen Flammschutzmaterials. Es wurde unter anderem eine Anwendung für Stadionsitze, Wellrohre zum Schutz elektrischer Leitungen vor Quetschungen, Draht- und Kabelummantelungen, Isolierschäume sowie für Schaufeln industrieller Ventilatoren für Belüftungssysteme und Klimaanlagen angestrebt. Die Testergebnisse ermöglichten eine besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Kohlenstoffnanoröhren und Zusatzstoffen von Flammschutzmitteln. Obwohl einige der frühen Ergebnisse hinsichtlich der Tauglichkeit der Kohlenstoffnanoröhren für den Brandschutz wenig überzeugend waren, wurden neue Ansätze entwickelt, um die Eigenschaften der Nanoröhren zu optimieren. Ergebnisse auf Grundlage eines Cone-Kalorimeters und des UL94-Standards (eine Norm für die Brandschutzsicherheit von Kunststoffmaterialien, die in Geräten verwendet werden und für das Testen von Geräten) belegten einen verbesserten und gesteigerten Verkohlungseffekt. Die Projektergebnisse zeigten darüber hinaus eine drastisch gesenkte Tropf- und Flammenausbreitungsrate sowie einen zusätzlichen Synergieeffekt mit phosphorbasierten Flammschutzmitteln. Dies führte zu Lösungen für feuerbeständige Thermoplasten; es konnte insbesondere ein halogenfreies Flammschutzmittel (HFFR) entwickelt werden, welches die UL94-Norm übertrifft. Die Bauprodukte-Verordnung (Construction Products Regulation, CPR) der Europäischen Kommission wurde vor Kurzem auf Kabel und Drähte erweitert, die nun die neue Norm EN 50399 bezüglich des Feuerverhaltens erfüllen müssen. Die Forscher entwickelten erfolgreich ein Prüfverfahren im Kleinmaßstab für vertikal befestigte Kabel, um das Verhalten der Kabel in einem EN-20399-Prüfstand genau nachzustellen. Zusammen mit einem Pyrolysemodell für das Prüfverfahren im Kleinmaßstab verfügen Konstrukteure nun über die Möglichkeit, Materialien auf ihre Normerfüllung hin zu überprüfen. Darüber hinaus wurden vielversprechende Ergebnisse im Hinblick auf die Charakterisierung der Rauchentwicklung durch brennende Polymere unter verschiedenen Brandbedingungen erzielt. Die Ergebnisse wurden anhand umfassender Daten von Polymeren mit und ohne Flammschutzmittel validiert. Dies erwies sich als wertvolles Instrument zur Einschätzung der Giftigkeit bei Bränden, der Gefahren durch Einatmen und der Wärmeübertragung. Letztlich machten sich die Forscher an die Erstellung einer Lebenszyklusanalyse für Flammschutzmittel, um die Auswirkungen auf die Umwelt von der Wiege bis zur Bahre zu beurteilen. Diese Entwicklungen sollen europäischen Interessengruppen sowie Unionsbürgern zugute kommen, die in naher Zukunft sicherere, weniger kostenintensive und umweltfreundlichere Produkte verwenden.

Schlüsselbegriffe

Halogenierte Flammschutzmittel, DEROCA, Kohlenstoffnanoröhren, Cone-Kalorimeter, UL-94, halogenfreies Flammschutzmittel, Norm EN 50399

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26 Januar 2021