Flammschutzmittel auf Stickstoffbasis
Dieser Artikel befasst sich mit stickstoffbasierten Flammschutzmitteln, insbesondere mit Melamin und seinen Derivaten. Einige dieser Flammschutzmittel können allein eingesetzt werden, andere sind Hauptbestandteile von intumeszierenden Flammschutzmitteln. Sie sind halogenfrei, raucharm, hitze- und lichtstabil, bieten eine gute Flammschutzwirkung und sind kostengünstig. Problematisch ist jedoch, dass die zu schützenden Kunststoffe schwer zu verarbeiten sind und sich die Flammschutzmittel schlecht im Grundmaterial dispergieren lassen. Die Anforderungen an Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung sind daher strenger, und mitunter sind Koeffizienten erforderlich. Neben Melamin gibt es auch Melamincyanurat (MCA) , Phosphate, Borate, Guanidinsalze, Dicyandiamidsalze usw. Diese Flammschutzmittel werden in PA, PU und PO eingesetzt. Sie eignen sich für PA, PU, PO, PET, PS, PVC und Epoxidharze und sind auch für Textilien, Farben, Holz und Papier geeignet.
Eine der Hauptanwendungen stickstoffhaltiger Verbindungen als Flammschutzmittel ist die Kombination mit phosphorhaltigen Flammschutzmitteln, um einen synergistischen Phosphor-Stickstoff-Effekt zu erzielen. Mischungen stickstoffhaltiger Verbindungen mit phosphorhaltigen Verbindungen haben eine höhere flammhemmende Wirkung auf Cellulose als die Summe der flammhemmenden Wirkungen der Einzelverbindungen. Stickstoff fördert die Phosphorylierung von Cellulose durch Phosphorsäure und trägt so zur quellenden flammhemmenden Wirkung bei. Daher sind Phosphor und Stickstoff die aktiven Komponenten vieler intumeszierender Flammschutzmittel.
Melaminharzbeschichtete Platten
Melamin (MA) ist nicht brennbar, sublimiert beim Erhitzen leicht und zersetzt sich bei starker Erhitzung. Die Gründe, warum es ein hervorragender Flammschutz ist, sind:
- Bei 250 bis 450 °C finden Zersetzungsreaktionen statt, bei denen große Mengen Wärme absorbiert werden und Ammoniak freigesetzt wird, wodurch verschiedene Kondensate entstehen.
- Die Fähigkeit, das Schmelzverhalten des Materials zu beeinflussen und seine Verkohlung zu Koks zu beschleunigen.
Melamin ist kostengünstig, nicht ätzend, reizt weder Haut noch Augen und ist nicht mutagen. Der Nachteil ist, dass bei der Zersetzung bei hohen Temperaturen giftiges Cyanid entsteht.
Melamin ist ein weit verbreitetes Flammschutzmittel, insbesondere als Bestandteil intumeszierender Flammschutzmittel sowie für flammhemmende Polyurethan- und Triazinharze. In Kombination mit flüssigen Phosphatestern wird Melamin häufig zur Flammhemmung von Polyurethanschäumen eingesetzt.
Melamincyanurat
Melamincyanurat wird durch die Reaktion von Melamin mit Cyanursäure (MCA) hergestellt. Es ist ein Schmiermittel und Flammschutzmittel, ein weißes, kristallines Pulver, geruchs- und geschmacksneutral. Es ist bis 300 °C sehr stabil und beginnt bei etwa 350 °C zu sublimieren, zersetzt sich jedoch nicht. Die Zersetzungstemperatur liegt bei etwa 440–450 °C. MCA hat einen hohen Stickstoffgehalt, absorbiert sehr leicht Feuchtigkeit und dehydriert bei hohen Temperaturen zu Holzkohle. Die Verbrennung von Stickstoffgas führt zu einer Verdünnung des Sauerstoffs und zur Zersetzung des Polymers durch das Gas. Darüber hinaus führen die Gasentwicklung und die thermische Konvektion einen Teil der Wärme ab und sorgen so für eine flammhemmende Wirkung.
MCA wird häufig in Gummi, Nylon, Phenolharzen, Epoxidharzen, Acrylemulsionen und anderen Olefinharzen verwendet. MCA dient als Flammschutzmittel für Epoxidharze. Der Sauerstoffindex wird von 24 % auf 28 % und anschließend auf 46 % bis 48 % erhöht. Es eignet sich besonders für flammhemmende elektrische Komponenten und Bauteile. Es wird Vinylacetat-, Acrylat- und Gummiemulsionen zugesetzt, um flammhemmende Beschichtungen mit hervorragender Schmierhaftung und Glätte ohne Farbverunreinigungen herzustellen.
MCA ist ein Triazin-Flammschutzmittel mit hervorragenden Eigenschaften, und seine Verwendung oder Mischung mit anderen Flammschutzmitteln ist viel wirksamer als die Verwendung von Melamin allein.
Melaminphosphonate
Melaminphosphonate können aus Melamin und Monophenylphosphonsäure hergestellt werden. Der Nachteil ist die schwierige Herstellung. Um Schaumbildung beim Mischen mit Polyolefinen zu verhindern, wird eine Entgasung durchgeführt. Dieses Flammschutzmittel kann zudem zu Farbverunreinigungen führen. Es wird häufig als Flammschutzmittel für Polyolefine und Polystyrol eingesetzt.
Melaminpyrophosphat
Melaminpyrophosphat kann durch Behandlung von Melamin mit Phosphorsäure und anschließendes Erhitzen auf 250–270 °C hergestellt werden. Es gibt viele Flammschutzmittel für Fasern, Textilien und einige Kunststoffe, doch die flammhemmende Wirkung auf Polyurethan-Kunststoffe ist unbefriedigend. Melaminpyrophosphat hingegen kann Polyurethan-Kunststoffe effektiv flammhemmend machen. Flammhemmendes Polypropylen kann durch seine Reaktion mit Pentaerythrit oder durch seine Reaktion mit Pentaerythrit und Phosphorsäure ebenfalls ein nicht brennbares, nicht tropfendes, verkohltes Material bilden.
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