Dieser Kunststoff brennt! 4 Arten von flammhemmenden Kunststoffadditiven

Wie bestimmte Popstars sind Kunststoffe im Allgemeinen brennbar.

Daher ist es oft notwendig, flammhemmende Kunststoffadditive hinzuzufügen, um behördliche und branchenspezifische Vorschriften zu erfüllen. Flammhemmende Kunststoffadditive sind Verbindungen, die Kunststoffen und anderen Materialien zugesetzt werden, um die Verbrennung zu hemmen, zu unterdrücken oder zu verzögern. Diese Verbindungen sind bei drohendem Brennen in der Zündphase des Feuers nützlich. Sie verhindern weder das Verkohlen oder Schmelzen noch erhöhen sie die Hitzebeständigkeit eines Materials. Flammschutzmittel sind auch nicht wirksam, wenn ein Feuer vollständig entzündet ist. Es gibt kein universelles Additiv für alle Kunststoffe, sondern jedes Flammschutzmittel ist spezifisch für ein bestimmtes Polymer und eine bestimmte Brennbarkeitsprüfung.

Um die Wirkungsweise von Flammschutzmitteln zu verstehen, ist es notwendig zu verstehen, wie Materialien brennen. Wenn wir die Flamme eines brennenden Objekts sehen, sehen wir tatsächlich die Verbrennung von brennbaren Gasen, die während seiner thermischen Zersetzung freigesetzt werden. Dieser Vorgang wird Pyrolyse genannt.

Pyrolyse ist der Prozess, bei dem die langkettigen Moleküle einer Polymerkette in kleinere Kohlenwasserstoffmoleküle und brennbare Gase zerfallen. Diese Gase vermischen sich mit Sauerstoff und es treten exotherme chemische Reaktionen auf, die freie Radikale (H und OH) produzieren. Bei vollständiger Verbrennung H₂ O und Co₂ produziert werden, sowie andere materialspezifische Gase. Wie Flammschutzmittel in die Pyrolyse eines Polymers eingreifen, hängt von den verwendeten Flammschutzmitteln und dem gebrannten Kunststoff ab. Flammschutzmittel können entweder aktiv oder reaktiv sein. Aktiv bedeutet in ein Polymer eingemischt und reaktives Mittel eingefügt in das Polymermolekül. Beide Typen können die Entzündung im dampfförmigen (gasförmigen) Zustand eines Feuers und im kondensierten (festen) Zustand unterdrücken. Drei gängige Prozesse sind der endotherme Abbau, das Abschrecken von Radikalen in der Gasphase und die thermische Abschirmung.

1) Endothermer Abbau

Mineralische Verbindungen wie Aluminium- und Magnesiumhydroxide sind als Antazida bekannt, können aber auch als Flammschutzmittel verwendet werden. Diese Kunststoffadditive zerfallen bei hoher Hitze endotherm. Dieser Prozess entzieht dem Kunststoff Wärme und kühlt das Material. Während hohe Verarbeitungstemperaturen für Kunststoffe und relativ niedrige Zersetzungstemperaturen für Hydroxide und Hydrate deren Einsatz einschränken können, machte Aluminiumhydroxid im Jahr 2012 über 70 % der Gesamtmarktnachfrage aus. Mineralische Flammschutzmittel sind in der Regel additiv und umfassen Borverbindungen, Antimonoxide, Huntit , Hydromagnesit und Zinkoxide

2) Radikales Abschrecken in der Gasphase

Die gebräuchlichsten flammhemmenden Kunststoffadditive sind bromierte Flammschutzmittel (BRFs). Bromierte Flammschutzmittel sind Organohalogenverbindungen. Chlorierte und bromierte Verbindungen unterliegen einem thermischen Abbau unter Freisetzung von Chlorwasserstoff und Bromwasserstoff. Diese reagieren mit H- und OH-Radikalen in der Flamme unter Bildung von Chlor- und Bromradikalen. Da die Halogenradikale weniger reaktiv sind als H- oder OH-Radikale, verzögern sie die Oxidationsreaktionen der Flamme. Halogenierte Flammschutzmittel sind kostengünstig und wirken auf eine Vielzahl von Polymeren. Es sollte beachtet werden, dass halogenierte Verzögerer als giftig für Mensch und Tier gelten und viele davon verboten wurden.

3) Wärmeabschirmung

Phosphor-Flammschutzmittel, zu denen auch Phosphatester-Verbindungen gehören, sind nicht halogeniert Verbindungen, die auf den festen Zustand brennbarer Materialien einwirken. Phosphor bildet beim Erhitzen Phosphorsäure, die den Feststoff verkohlt und eine dicke glasige Kohlenstoffschicht bildet. Diese Verkohlung verhindert die Pyrolyse und somit steht weniger Brennstoff für das Feuer zur Verfügung. Phosphorhaltige flammhemmende Kunststoffadditive können additiv oder reaktiv sein. Außerdem kann man halogenierte organische Phosphorverbindungen kaufen, die ein Halogen und Phosphor enthalten. Das Halogen wirkt auf die Gasphase eines Feuers und der Phosphor hemmt das Feuer im verkauften Zustand.

4) Synergisten

Die meisten flammhemmenden Kunststoffadditive werden kombiniert, um ihre Gesamtwirksamkeit zu verbessern. Beispielsweise werden bromierte Verbindungen oft in Synergie mit Antimontrioxid verwendet. Diese Kombination wirkt als Katalysator, um die Freisetzung von Brom- und Chlorradikalen bei der Radikallöschung in der Gasphase zu beschleunigen.

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