Flammhemmende Technologie aus Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterial

Flammhemmende Technologie aus Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterial

I. Verbrennungsprozess für Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterial

Der Verbrennungsprozess von Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterial ist dem allgemeinen Verbrennungsprozess von Polymermaterial ähnlich und kann grob in fünf Phasen unterteilt werden:

• Wärmestau.

• Thermische Zersetzung oder Abbau und Verflüchtigung.

• Feuer.

• Wärmeübertragung.

• Verbreitung.

II. Gemeinsame flammhemmende Technologien für starre Polyurethanschaum-Isoliermaterialien

Zu den wichtigsten technischen Ansätzen zur Erzielung der Flammhemmung von Polymermaterialien gehören derzeit die Abbau- und Oxidationshemmungstechnologie, die katalytische Flammschutztechnologie, die Rauchreduzierungstechnologie, die gasförmige Flammschutztechnologie, die wärmeisolierende Kohlenstoffschichttechnologie, die Pfropf- und Vernetzungsmodifikationstechnologie sowie die Kühl- und Temperaturreduzierungstechnologie.

III. Es gibt drei Hauptmethoden zur Flammhemmung von Polyurethanmaterialien:

1. Zugabe von Verbindungen, die Elemente wie Chlor, Brom und Phosphor während der Synthese enthalten, die allgemein als additive Flammschutzmittel bekannt sind.

2. Einbringen von Atomen wie Chlor, Brom, Phosphor und Antimon in die Isocyanat- oder organischen Polyolbindungen in den Rohstoffen, um inhärent flammhemmende Schaumstoffe zu erzeugen, die als reaktive Flammschutzmittel bezeichnet werden.

3. Einbindung von Gruppen mit hoher Hitzebeständigkeit in Polyurethanmaterialien, um deren Flammhemmung zu verbessern.

IV. Additive Flammschutzmittel

Additive Flammschutzmittel werden physikalisch in der Polyurethan-Matrix dispergiert, ohne chemische Reaktionen mit der Matrix oder ihren reaktiven Rohstoffen einzugehen. Sie werden derzeit häufig in flammhemmenden Anwendungen für Isoliermaterialien aus Polyurethan-Hartschaum eingesetzt und sind in flüssiger und fester Form erhältlich. Flüssige Flammschutzmittel weisen eine geringe Stabilität auf und ihre Flammschutzwirkung nimmt mit der Zeit ab. Sie bieten jedoch eine große Auswahl, sind einfach zu verwenden, haben nur minimale Auswirkungen auf Polyurethanschaumreaktionen, sind wirtschaftlich und lassen sich einfach verarbeiten, sodass sie weiterhin wichtige Flammschutzmittel für Polyurethan-Hartschaum-Dämmstoffe bleiben.

Additive Flammschutzmittel können in organische Additiv-Flammschutzmittel und anorganische Additiv-Flammschutzmittel unterteilt werden. Flammschutzmittel mit anorganischen Additiven umfassen hauptsächlich Antimonoxid, Aluminiumhydroxid (ATH), Ammoniumphosphat, Borate, Blähgraphit usw. Flammschutzmittel mit organischen Additiven bestehen hauptsächlich aus Tris-(2-chlorpropyl)-phosphat (TCPP), Tris-(2-chlorethyl)-phosphat (TCEP), Tris-(dichlorpropyl)-phosphat (TDCPP), Tetra-(2-chlorethyl)ethylendiamindiphosphat, Dimethylmethylphosphonat (DMMP), polybromiert Diphenylether usw.

1. Anorganische additive Flammschutzmittel

Bei anorganischen Flammschutzmitteln wird die Hartschaum-Isoliermaterialmatrix typischerweise mit anorganischen Verbindungen gefüllt. Beim Erhitzen zersetzen sich diese Verbindungen und absorbieren große Mengen an Wärme, wodurch eine Flammhemmung erreicht wird. Die Vorteile anorganischer Additiv-Flammschutzmittel sind geringe Toxizität, Nichtflüchtigkeit, gute thermische Stabilität, Nichtextraktion, anhaltende flammhemmende Wirkung, niedrige Kosten und geringe Rauchentwicklung. Zu ihren Nachteilen zählen jedoch der Einfluss von Dosierung und Partikelgröße auf die Flammhemmung und die physikalischen Eigenschaften des Materials sowie die Tendenz, die Formungs- und Verarbeitungseigenschaften sowie die physikalischen Eigenschaften von Polymeren zu verschlechtern. Diese Flammschutzmittel sind im Allgemeinen fest, weisen eine starke Polarität und Hydrophilie auf und weisen eine schlechte Kompatibilität mit unpolaren Polymermaterialien auf. Ihre Grenzflächeninteraktion mit der Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterialmatrix ist schlecht, was die Ausbildung einer guten Bindung und Adhäsion erschwert. Einige Flammschutzmittel können bei direkter Zugabe die Flammschutzleistung von Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterialien erheblich beeinträchtigen. Daher ist eine chemische Behandlung dieser Flammschutzmittel erforderlich, beispielsweise eine Oberflächenmodifizierung, eine ultrafeine Verarbeitung und eine makromolekulare Bindung. Dies kann die Dosierung von Flammschutzmitteln reduzieren, die Rauchentwicklung verringern und die Leistung von Schaumkunststoffprodukten verbessern.

2. Flammschutzmittel mit organischen Additiven

Gängige Flammschutzmittel mit organischen Additiven sind organische Verbindungen, die flammhemmende Elemente wie Phosphor, Brom, Chlor und Stickstoff enthalten. Unter diesen werden organische Phosphorverbindungen häufig in der Flammschutzforschung von Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterialien verwendet. Sie bieten eine hohe Flammschutzwirkung, niedrige Viskosität, gute Kompatibilität mit Polyetherpolyolen, mäßige thermische Stabilität und Beständigkeit gegen „Verkokung“.

Tris(2-chlorethyl)phosphat (TCEP) war eine der frühesten und kostengünstigsten Sorten, die in Hartschaum-Isoliermaterialien verwendet wurden. Es ist jedoch anfällig für Migration und Verflüchtigung, was zu einer schlechten Flammschutzbeständigkeit führt. Um Verflüchtigungsverluste zu reduzieren, können hochchlorierte (Poly)phosphate und oligomere Phosphate mit hoher Molmasse ausgewählt werden, wie etwa Tris(dichlorpropyl)phosphat und halogenierte Bisphosphonate. Durch die Zugabe von bis zu 20 % Tris(2,2-dichlorpropyl)phosphat zu einer Hartschaumformulierung kann der Sauerstoffindex des Schaums auf 26 % erhöht werden.

Forscher untersuchten den Einsatz von Dimethylmethylphosphonat (DMMP) als Flammschutzmittel, um die Flammhemmung von Isoliermaterialien aus Polyurethan-Hartschaum zu verbessern. DMMP ist ein halogenfreies, flüssiges Flammschutzmittel mit hohem Phosphorgehalt und einem Phosphor-Massenanteil von bis zu 25 %. Daher ist eine kleine Menge erforderlich. Die Zugabe von 5 % zu Hartschaum bietet die gleiche flammhemmende Wirkung wie die Zugabe von 14 % TCEP oder 18 % Tris(2,3-dichlorpropyl)phosphat.

V. Synergistische Effekte von Flammschutzmitteln

Im Flammschutzsystem von Dämmstoffen aus Polyurethan-Hartschaum kombiniert ein häufig verwendetes synergistisches System feste und flüssige Flammschutzmittel. Da feste Flammschutzmittel die Materialviskosität erhöhen, während flüssige sie verringern, kann ihre kombinierte Verwendung die Viskosität reaktiver Materialien anpassen, was zu hoch flammhemmenden Dämmstoffen aus Polyurethan-Hartschaum führt.

VI. Reaktive Flammschutzmittel

Reaktive Flammschutzmittel integrieren flammhemmende Elemente in die synthetische Reaktion von Polyurethan und machen sie so zu einem Teil der Hauptkettenstruktur des Polyurethanmaterials. Dadurch erhalten Dämmstoffe aus Polyurethan-Hartschaum hervorragende flammhemmende Eigenschaften. Die wichtigsten flammhemmenden Elemente sind Halogene, Phosphor, Antimon usw. Phosphor- und/oder halogenhaltige Diole oder chlor- oder bromhaltige Cyansäureester sind reaktive Flammschutzmittel für Polyurethan. In der Formulierung zur Herstellung von Polyurethan-Hartschaum-Isoliermaterialien werden durch die Zugabe von Multihydroxyverbindungen mit flammhemmenden Elementen wie Phosphor, Chlor, Brom, Bor und Helium oder durch die Einführung flammhemmender Elemente in die Polyetherpolyol- oder Isocyanatmoleküle, die bei der Herstellung von Polyurethan-Hartschaum verwendet werden, flammhemmende Elemente in die Polyurethan-Hartschaummoleküle eingebaut. Dadurch wird eine Flammwidrigkeit erreicht. Obwohl diese Methode Vorteile wie eine gute Flammschutzbeständigkeit und minimale Auswirkungen auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften bietet, erfordert sie eine spezielle Ausrüstung zum Einbringen flammhemmender Elemente in Polyetherpolyol oder Isocyanat und beinhaltet einen komplexeren Produktionsprozess.