57 / 88
EuroWire – Juli 2010
55
technischer artikel
Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften
von halogenfreien
flammenhemmenden
compounds
Von Jeremy R Austin, Herbert S.-I Chao, Sartomer Company
Übersicht
In der Regel werden halogenhaltige Com-
pounds, wie z. B. Tetrabromobisphenol-A
oder TBBPA, eingesetzt um flammen-
hemmende Kunststoffartikel herzustellen.
In der letzten Zeit haben akademische
und industrielle Forscher ihr Interesse
auf
halogenfreie
Flammschutzmittel
konzentriert,
diese
zwar
sichereren
und alternativen Technologien haben
jedoch eine schädliche Wirkung auf die
mechanischen Eigenschaften. Mineralische
Füllmaterialien, die als Flammschutzmittel
eingesetzt werden, benötigen über 60%
Gewichtsbelastung um die Flammtest-
Anforderungen zu erfüllen.
In
der
aktuellen
Studie
werden
funktionalisierte flüssige Polybutadiene
(LPBD) eingesetzt, um die Dehnung und
Zugfestigkeit der mit Aluminiumtrihydrat
(ATH)
gefüllten
Ethylen-Vinylacetat
(EVA) Copolymere zu verbessern. Die
Vor-Dispersion der Haftvermittler auf dem
ATH führt zu einer Erhöhung der Dehnung
von über 200%. Niedrige Belastungen
der Funktionalitäten, wozu Maleinsäure-
Anhydrid, Epoxid und Amin gehören,
haben sich als die wirkungsvollsten
erwiesen. Die Einlagerung eines ionischen
Diacryl-Monomers bietet Vorteile bei den
Zugmodulen, die von den Materialien mit
LPBD-Basis nicht erreicht werden können.
1 Einleitung
Wissenschaftliche Studien zeigten, daß
halogenhaltige Flammschutzmittel (HFR)
als weit verbreitete Schmutzstoffe für die
Umwelt gelten. Gefährliche Emissionen
durch die Herstellung, Entsorgung oder
Recycling von Kunststoffartikeln die HFR
enthalten, stellen eine derart ernsthafte
Bedrohung dar, dass einige HFR bereits
von
Elektro-
und
Haushaltsgeräten
entfernt wurden, und die Europäische
Union jene Richtlinien ratifiziert hat, die
die Kunststoffindustrie auffordern, diese
Werkstoffe zu beseitigen. Mit ähnlichen
bevorstehenden
Gesetzgebungen
in
allen Ländern, suchen Märkte im Bereich
der
Kunststoffindustrie
alternative
Technologien.
Verschiedene
halogenfreie
Flammschutzmittel
(NHFR),
wie
z.
B.
Ammoniumphosphate,
Melamin-
Compounds, Nanoclays oder hydrierte
Mineralien sind dafür anerkannt worden.
Aluminiumtrihydrat
(ATH)
ist
ein
anerkannter flammenhemmender Füllstoff
für Polymere, und ist eben halogenfrei. In
der Regel bewirken Flammschutzmittel
eine Verzögerung der Zündung, d. h. das
Feuer des Treibstoffs wird entzogen oder
die Zündungstemperatur unterdrückt.
Dennoch setzt ATH Wasserdampf während
der Zersetzung frei. Man ist der Meinung,
daß sich diese Wärme vom Substrat
zurückzieht und die Treibstoffzuführung
verdünnt. Nach der Verkohlung hemmt
der Rückstand von Al
2
O
3
die Migration von
Sauerstoff und flüchtigen Compounds, die
vom Polymer freigesetzt werden, das die
exothermische Reaktion weiterhin stark
vermehren kann.
In den meisten Anwendungen kann
eine einfache Ersatzstrategie angewandt
werden, wo ein NHFR ein HFR ersetzen
kann.
In manchen Fällen, wie z. B. bei hydrierten
Mineralien, d. h. Aluminiumtrihydrate oder
Magnesiumhydroxid, ist der Übergang
schwieriger.
Um die geforderte Flammbeständigkeit
zu erzielen sind hohe Belastungen vom
ATH erforderlich, oftmals mit 60% mehr
Gewicht. Wenn der Volumenbruchteil
von anorganischen Füllmaterialien 50%
überschreitet, ergibt sich eine markierte
Verschlechterung
der
physikalischen
Eigenschaften im Compound.
Plentz
u. a
.
1
haben bewiesen, daß in den
ATH-enthaltenden PP-Compounds ein
Verhältnis zwischen der Belastung des
Füllmaterials und der Abmessung der
Aggregate entsteht.
Diese Feststellung zeigte daß nicht nur
die physikalischen Eigenschaften durch
die hohe Belastung des Füllmaterials
beeinträchtigt werden, sondern daß
sich auch der ATH mit der Erhöhung der
Belastung aggregiert.
Studien zeigten, daß die Zugabe eines
funktionalisierten Polymers eine wirksame
Methode ist um die Grenzflächenhaftung
an der organischen/unorganischen Grenze
in Polymerverbunden
2,3,4
zu ändern.
Mai
u. a.
5
haben bewiesen, daß die
Einlagerung von gepfropften modifizierten
Acrylsäuren
in
PP-ATH-Compounds
eine chemische Interaktion zwischen
den Karboxyl- und Hydroxylgruppen im
Polymer bzw. Füllmaterial verursacht. Es
wurde gezeigt, daß eine Verbesserung
der Grenzflächenhaftung sowohl die
thermischen wie die mechanischen
Eigenschaften erhöht.