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Fluoreszierendes Epoxid warnt frühzeitig vor Bränden
Ein chinesisches Forschungsteam hat einen fluoreszierenden Flammschutz-Hybrid für Epoxidharze entwickelt, der Brandschutz, mechanische Robustheit und thermochromische Frühwarnfunktion in einem System vereint. Die Formulierung mit 6 % APP@ZnQ2 erreicht eine V-0-Klassifizierung, senkt die Spitzenwärmefreisetzungsrate um 72 % und zeigt oberhalb von 160 °C eine deutliche Änderung der Fluoreszenz.
Epoxidharze (EP) werden als strukturelle Polymermaterialien – etwa in Klebstoffen und Beschichtungen – breit in Bauwesen, elektrischer Isolierung und Luft- und Raumfahrt eingesetzt. EP leidet jedoch unter hoher Entflammbarkeit, geringer Brandsicherheit und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften nach Flammschutzmodifikation. Um diese Herausforderungen zu adressieren, entwickelte das Forschungsteam epoxidbasierte Materialien, die exzellente Flammschutzwirkung, hohe Brandsicherheit und eine durch Thermochromie ermöglichte Frühwarnfunktion mit starken mechanischen Eigenschaften kombinieren.
Zentraler Baustein ist ein fluoreszierender Flammschutz-Hybrid (APP@ZnQ2), der durch die Anordnung eines Chinolon-Zink-Komplexes (ZnQ2) auf der Oberfläche von Ammoniumpolyphosphat (APP) rational konstruiert wurde. Dieser Hybrid wurde anschliessend in ein Epoxid-Härtungssystem eingebracht, um multifunktionale Epoxidkomposite herzustellen. Die resultierenden Komposite zeigen ein ausgeprägtes thermochromes Verhalten: Oberhalb von 160 °C tritt eine deutliche Veränderung ihrer charakteristischen chartreusefarbenen Fluoreszenz auf, wodurch die Frühwarnfunktion realisiert wird.
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Deutliche Verbesserung der Brandschutzkennwerte
Der Epoxidkomposit mit 6 % APP@ZnQ2 erreichte einen Sauerstoffindex (LOI) von 29,6 % und die höchste Brandschutzklassifizierung V-0. Im Vergleich zum reinen EP wurden die Brandschutzkennwerte deutlich reduziert: Die Spitzenwärmefreisetzungsrate (PHRR) sank um 72 %, die Gesamtwärmefreisetzung (THR) um 67 % und die Gesamtrauchentwicklung (TSP) um 72 %. Damit adressiert die Formulierung zwei zentrale Sicherheitsaspekte im Brandschutz – Wärmefreisetzung und Rauchentwicklung.
Darüber hinaus behielt der Komposit dank der verbesserten Kompatibilität von APP@ZnQ2 vergleichbare mechanische Kennwerte, insbesondere bei der Schlagfestigkeit, die die des reinen EP sogar übertraf. Dies ist besonders bemerkenswert, da flammschutzmodifizierte Epoxidsysteme häufig unter einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften leiden. Die verbesserte Kompatibilität zwischen Flammschutz-Hybrid und Epoxidmatrix scheint hier den Zielkonflikt zwischen Brandschutz und mechanischer Performance zu entschärfen.
Insgesamt entwickelt die Arbeit eine unkomplizierte und wirksame Strategie zur Herstellung von Epoxidkompositen mit hoher Brandsicherheit und Frühwarnfunktion. Die visuelle Signalisierung durch Fluoreszenzänderung eröffnet neue Möglichkeiten für sicherheitsrelevante Anwendungen, etwa in elektrischen Isolierungen, Klebstoffverbindungen im Bauwesen oder Beschichtungen in der Luft- und Raumfahrt. Insbesondere die Kombination aus passivem Brandschutz und aktiver Frühwarnung bietet einen Mehrwert gegenüber konventionellen Systemen.
Quelle: Ma, T.-L. et al. A fluorescent polyphosphate hybrid for multifunctional epoxy resins: Thermochromic early warning, fire safety and mechanical robustness. Prog. Org. Coat. (2026). https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2026.110247
