Triazin-basierte Verbindungen und ihre Anwendung in halogenfreien, intumeszierenden Flammschutzsystemen
Triazine sind eine Klasse von stickstoffhaltigen organischen Verbindungen, einschließlich der folgenden drei Isomere: 1,3,5-Triazin, 1,2,4-Triazin und 1,2,3-Triazin. Davon ist 1,3,5-Triazin das gebräuchlichste. Verbindungen wie Melamin und Melamin-Cyanurat fallen in die Kategorie der triazinbasierten Verbindungen. Die Wirksamkeit von triazinbasierten Verbindungen in der Flammhemmung hat Marktanerkennung gefunden und ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Forschungsschwerpunkt geworden.
Triazin-basierte Verbindungen sind reich an tertiären Kohlenstoffstrukturen und bieten ausgezeichnete Eigenschaften zur Bildung von Kohle. Sie sind chemisch stabil und zersetzen sich erst bei Erhitzung über 150 °C in konzentrierter Schwefelsäure. Sie dienen als Präpolymere für viele Oligomere und Polymere und können leicht zu Verbindungen mit relativ hohen Molekulargewichten synthetisiert werden, was mit dem Entwicklungstrend der makromolekularen Flammschutztechnologie übereinstimmt.
Zu den triazinbasierten Flammschutzmitteln gehören Melamin (MEL) und seine Salze, Melamin-Cyanurat (MCA) und seine Derivate sowie Cyanursäure und ihre Derivate. Dieser Artikel konzentriert sich auf neuartige triazinbasierte Verbindungen und ihre Anwendung in halogenfreien, intumeszierenden Flammschutzsystemen (IFR).
Unter Verwendung einer Mischung aus cycloalkanölmodifiziertem SEBS und Polypropylen (O-SEBS/PP) als Matrix wurde ein intumeszierendes Flammschutzmittel durch Kombination eines triazinbasierten kohlebildenden Schäumungsmittels (CFA), Ammoniumpolyphosphat (APP) und SiO₂ zur Flammschutzausrüstung des O-SEBS/PP-Systems formuliert. Das IFR-System allein reichte nicht aus, um die Flammhemmung von O-SEBS/PP-Materialien zu gewährleisten. Ein O-SEBS/PP/IFR-System mit 35 Gew.-% IFR-Zusatz erreichte nur eine UL94 V-1-Einstufung (1,6 mm Dicke). Wenn IFR mit Aluminiumhypophosphit (AHP) in einem Massenverhältnis von 8:1 zur Flammschutzausrüstung von O-SEBS/PP kombiniert wurde, erreichte das O-SEBS/PP/FR-Material mit einem Gesamtadditivgehalt von 28 Gew.-% und einer Dicke von 1,6 mm eine UL94 V-0-Einstufung. Parameter wie die maximale Wärmeabgaberate (PHRR) und die gesamte Wärmeabgabe (THR) wurden signifikant reduziert.
Die Ergebnisse zeigen, dass O-SEBS/PP-Verbundwerkstoffe von Natur aus schwer entflammbar sind und IFR allein eine geringe Effizienz für dieses System aufweist.
Um die Flammschutzeffizienz von IFR in diesem System zu verbessern, wurde Aluminiumhypophosphit (AHP) eingeführt. Der flammhemmende O-SEBS/PP-Verbundwerkstoff enthielt etwa 69 % Matrixharz, bestehend aus 46 % SEBS (mit 50 % Ölausdehnung) und 23 % PP. Der Gesamtgehalt an Flammschutzadditiven (IFR + AHP) betrug 30 %. Dabei wurde das Massenverhältnis von CFA zu APP bei 1:4 gehalten, die Zugabe von SiO₂ betrug 5 % der IFR-Masse, und der Rest bestand aus unterschiedlichen Massenverhältnissen von AHP und IFR. Antioxidans 1010 und Zinkstearat wurden jeweils zu 0,5 % zugesetzt.
Daten zur Flammschutzeigenschaft von O-SEBS/PP-Verbundwerkstoffen mit unterschiedlichen AHP:IFR-Massenverhältnissen zeigen, dass der Sauerstoffindex (LOI) des Materials mit zunehmendem IFR-Anteil zunächst ansteigt und dann abnimmt. Alle Formulierungen bestanden die UL94 V-0-Einstufung (1,6 mm). Wenn das Massenverhältnis von AHP zu IFR 1:8 betrug, erreichte der Verbundwerkstoff den höchsten LOI-Wert von 34,8 % und eine vertikale Brenndauer von 1,5 Sekunden, was dies als das optimale Verhältnis zwischen AHP und IFR ausweist.