Feuerfeste Nanocontainer
Die Polymerindustrie beschäftigt sich jetzt stärker mit Flammschutzmitteln, um die Folgen von Bränden zu minimieren, die durch leicht entflammbare Polymere ausgelöst wurden. Konventionelle Flammschutzmittel wie halogenierte Verbindungen haben allerdings beträchtliche Nachteile, z. B. dass sie giftig und schlecht biologisch abbaubar sind. Außerdem können sie momentan aufgrund der REACH-Verordnung der Europäischen Kommission, die Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe regelt, nur beschränkt eingesetzt werden. Die Entwicklung feuerfester Nanomaterialien zur Erweiterung der mechanischen und thermischen Eigenschaften , stellt eine der vielversprechendsten Herausforderungen im Bereich des Flammschutzes dar. Das EU-finanzierte Projekt NOFLAME „hat den Weg für neue Ansätze im Flammschutz und für ein tieferes Verständnis vom Abbau von Polymeren frei gemacht. Somit erweitert es die Anwendungsmöglichkeiten von Polymeren auf Nanomaterialien“, sagt Koordinatorin Dr. Katharina Landfester. „Dank ihrer Umweltfreundlichkeit, die Flammschutzmittel sind halogenfrei, und ihrer wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit werden diese Materialien kommerzielle Interessen wecken.“ Lösung für Dispersion von Nanomaterialien Die Projektpartner haben neuartige Nanocontainer synthetisiert, mit denen das Problem der schlechten Dispersion und geringen Grenzflächenadhäsion anorganischer und hybrider Nanomaterialien gelöst werden soll. Somit könnten sie im Flammschutz eingesetzt werden, insbesondere für die Verkapselung organischer und anorganischer Verbindungen für den Flammschutz. „Daraus werden sich neue Anwendungen ergeben, bei denen der Einsatz organischer Hüllen aufgrund ihrer geringen thermischen Stabilität und hoher Flammbarkeit nur begrenzt möglich ist“, erklärt Dr. Landfester. „Da sie eine große Bandbreite von Substanzen verkapseln können, sind die Nanocontainer für die Entwicklung multifunktionaler Nanomaterialien für zukünftige Anwendungen sehr gefragt“, betont Dr. Landfester. Die Verkapselung von Paraffinwachsen, einem Speichermaterial für thermische Energie, das in Gebäuden eingesetzt wird, ist ein Beispiel dafür. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, die Emulsion über Monate stabil zu halten, ohne lipophobe Substanzen hinzuzufügen. Wenn sie zur Homogenisierung einen Microfluidizer einsetzten, beobachteten sie eine gleichmäßigere Verteilung der Partikelgrößen sowie größere Stabilität, Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit der Emulsion im Vergleich zu Ultraschallmethode. Die in die Polymermatritzen eingebetteten Nanocontainer zeigten ein gutes Dispersionsverhalten in Epoxidharzen, einen deutlichen Anstieg der Verkohlung bei 600 °C und geringere Gesamtwärmeabgabe. Das heißt, die Nanocontainer verbrennen langsamer als das kommerzielle Referenzmaterial. Auf dem Weg zu schwer brennbaren Nanocontainern Die Ergebnisse zeigen, dass die synthetisierten Nanocontainer die thermische Stabilität verbessern und Flammbarkeit senken konnten, wenn sie in Epoxidharz eingebettet wurden. „Andere Forscher, die sich mit schwer brennbaren Nanomaterialien und Kolloidchemie beschäftigen, werden aus NOFLAME unmittelbar tiefere Erkenntnisse über Mechanismen des Flammschutzes und die Dispersion von Polymerstrukturen gewinnen“, erklärt Dr. Landfester. Die Forschungsarbeiten haben zudem einen Beitrag zum Verständnis geleistet, inwiefern die Mini-Emulsion von Polymeren per Microfluidizer hochskalierbar ist. Momentan untersucht das Projektteam die Skalierbarkeit neuer Materialien für Bio-Anwendungen. „Unsere Forschung wird großen Einfluss auf die Polymerindustrie haben, denn Unternehmen suchen aktiv nach Lösungen, um ihre konventionellen Flammschutzmittel durch weniger giftige zu ersetzen, die den Vorgaben aus REACH entsprechen“, fasst Dr. Landfester zusammen.
Schlüsselbegriffe
NOFLAME, Flammschutzmittel, Polymer, Nanocontainer, Nanomaterial, Microfluidizer
