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Runaway-Silikon-Polymerisation ermöglicht innovative feuerhemmende Beschichtungen
Eine neuartige intumeszierende Silikonbeschichtung nutzt die Runaway-Hydrosilylationspolymerisation, um außergewöhnliche thermische Stabilität, Flammschutz und Schutzleistung für brandgefährdete Materialien zu bieten.
Intumeszierende Flammschutzbeschichtungen (IFR) sind entscheidend zur Reduzierung von Brandgefahren. Allerdings stoßen herkömmliche Systeme oft auf Herausforderungen wie komplexe Formulierungen, begrenzte Haltbarkeit bei hohen Temperaturen und schlechte Substratkompatibilität. Eine aktuelle Studie stellt ein bahnbrechendes IFR-System vor, das auf der Runaway-Hydrosilylationspolymerisation basiert und Tetravinylcyclotetrasiloxan (V4) und 1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan (H4) nutzt, um PolyH4V4 zu entwickeln. Dieses neuartige Polymer bietet eine ultrahohe Vernetzungsdichte und thermische Stabilität und behebt damit zentrale Schwächen herkömmlicher Flammschutzbeschichtungen.
Bei thermischer Aktivierung erzeugt die Runaway-Polymerisation von PolyH4V4 Gase, die eine sofortige Expansion zu einer porösen, thermisch stabilen Beschichtung ermöglichen. Dieser Mechanismus sorgt für hervorragende Hitzeschildwirkung und Schutz des Substrats. Die Zugabe von vinylfunktionalisiertem Polymethylvinylsiloxan (PMVS) verbessert die Leistung der Beschichtung zusätzlich und erreicht eine 3,7-fache Höhenexpansion im Vergleich zur reinen PolyH4V4-Probe. Geschützte Holzsubstrate zeigten eine mehr als doppelt so lange Verkohlungszeit bei Brandeinwirkung, was die Wirksamkeit der Beschichtung unterstreicht.
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Verbesserter Flammschutz durch keramisiertes Silikon
In situ-Analysen, darunter XPS und TG-FTIR, enthüllten den Flammschutzmechanismus des keramisierten PolyH4V4. Die SiOC-Umwandlung wurde als primärer Abbauweg identifiziert, wobei über 80 % Rückstände bei 800 °C verbleiben. Wasserstoffbrückenbindungen mit pyrogener Kieselsäure und Polysiloxanen ermöglichten eine präzise Kontrolle der Rheologie und verbesserten die Expansion sowie die Hitzeschildwirkung der Beschichtung. Trotz der überlegenen Feuerbeständigkeit zeigten PMVS-modifizierte Varianten Einschränkungen bei der SiO₂-Dispersion, was die Anwendung per Sprühverfahren beeinträchtigen kann.
Dieser skalierbare, innovative Ansatz für IFR-Beschichtungen ebnet den Weg für fortschrittliche Brandschutzlösungen, insbesondere in urbaner Infrastruktur und risikoreichen Umgebungen, in denen thermische Stabilität und schnelle Einsatzfähigkeit entscheidend sind.
Quelle: Wang, D. et al., Harnessing silicone runaway polymerization for an instantaneous intumescent fire-shielding silicone coating. Progress in Organic Coatings, 213, 109940 (2025).
