Ziel der Entwicklung
Derzeit ist der europäische Markt für Flammschutzmittel durch legislative Vorgaben im Umbruch. Mehrere wichtige Flammschutzmittel können nicht mehr verwendet werden. Dies betrifft vor allem den Decabromdiphenylether, welcher seit 2019 nicht mehr verwendet werden darf. Auch das Flammschutzmittel „Dechloran Plus“ wurde 2018 als „besonders besorgniserregender Stoff“ eingestuft. Eine Folge der legislativen Vorgaben ist ein genereller Bedarf an neuen Flammschutzmitteln.
Mit der Entwicklung eines neuen Flammschutzmittels für Polyester hat das Institut für Kunststofftechnologie und -recycling hat diesen Bedarf aufgegriffen. Die Anforderungen an den Wirkstoff waren vielseitig und umfassten: (1) Eine hohe Wirksamkeit, (2) eine halogenfreie Struktur, (3) Verarbeitbarkeit unter Standard-Bedingungen, (4) keine Beeinflussung der charakteristischen Materialeigenschaften des Polyesters und (5) keine ungewollte Freisetzung.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des zweijährigen Projektes wurden drei neue phosphorhaltige Wirkstoffe hergestellt und untersucht. Alle Verbindungen waren frei von Halogenen und Schwermetallen und hatten eine makromolekulare Struktur. Die Untersuchungen beinhalteten spektroskopische und chromatografische Verfahren und schlossen auch die flammwidrige Wirkung der Additive ein. Basierend auf den Ergebnissen wurde einer der Wirkstoffe ausgewählt und unter dem Namen „<i>ik</i>Guard 18-1“ weiterentwickelt.
Das ausgewählte Flammschutzmittel wird mit einer Partikelgröße von etwa 50 µm erhalten und hat keinen Schmelzpunkt. Es ist thermisch ausreichend stabil, um in PET-Schmelzen eingearbeitet werden zu können. Allerdings sollte die Verarbeitung möglichst schonend, also bei niedriger Temperatur, erfolgen.
Das Additiv zeigt eine hohe Wirksamkeit in PET. Extrudierte Folien (Dicke 0,4 Millimeter) bestehen bereits bei einem Wirkstoffgehalt von 3 Gew.-% die Brandprüfungen nach DIN 4102 (B2), UL94 (V-2), DIN 75200 (DNI) und DIN 60695. Die ausgerüsteten Folien sind farblos und durchsichtig. Ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften bleiben entsprechen denen des unausgerüsteten Materials. Auch die Glasübergangstemperatur wird nicht beeinflusst.
<i>ik</i>Guard 18-1 kann in einer einfachen Synthese aus gut verfügbaren Rohstoffen hergestellt werden. Zum Abschluss des Projektes lag eine typische Ansatzgröße bei 1 kg. Mittlerweile wird an einem Verfahren gearbeitet, mit dem pro Ansatz 20 kg hergestellt werden können. Dies ist ausreichend für die flammwidrige Ausrüstung von 800 kg PET.
Das Flammschutzmittel <i>ik</i>Guard 18-1 steht als Masterbatch für Extrusionsanwendungen und den Spritzguss zur Verfügung.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das Institut für Kunststofftechnologie und -recycling ist an der Kooperation mit kleinen und mittleren Unternehmen interessiert und und bietet ihnen freien Zugang zu den Forschungsergebnissen. Es möchte die Unternehmen bei der Umsetzung der Entwicklung in marktfähige Produkte unterstützen.
Besonders interessant ist das entwickelte Flammschutzmittel für Kunststoffverarbeiter aus den Produktzweigen Folien, Elektroartikel und Konstruktionsmaterial. Auch für die Additive Fertigung scheint eine Anwendung möglich.