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Metallfreie Click-Chemie liefert leistungsstarke Flammschutzmittel für Epoxidharze
Ein Forschungsteam hat neuartige phosphor- und triazolhaltige Flammschutzmittel entwickelt, die sich mithilfe metallfreier Click-Chemie herstellen lassen. Die zugesetzten Verbindungen verbessern die Flammwidrigkeit von Epoxidharzen deutlich und wirken sowohl in der Gas- als auch in der Festphase.
Epoxidharze bieten viele vorteilhafte Eigenschaften – allerdings weisen sie eine geringe Flammwidrigkeit auf. Um diese Schwäche zu beheben, entwickelten Forschende in einer neuen Studie drei verschiedene Flammschutzmittel (FRs) auf Basis von Phosphor- und Triazolverbindungen. Die Besonderheit: Die Synthese erfolgte über eine metallfreie Azid-Alkin-Click-Reaktion, wodurch auf toxische Kupferkatalysatoren verzichtet werden konnte.
Die drei Verbindungen (P1T1, P2T1, P3T2) wurden in unterschiedlichen Konzentrationen in eine DGEBA/F-Epoxidmatrix eingebracht. Bereits geringe Zusätze führten zu einer deutlichen Steigerung der Flammwidrigkeit. Im LOI-Test erreichte die Probe mit 16 % P3T2 einen Sauerstoffgrenzindex von 42 %. Alle modifizierten Harze erhielten zudem die UL-94-Klassifizierung V-0. Die besten Ergebnisse erzielte P3T2, das ein ausgewogenes N/P-Verhältnis von etwa 0,9 aufweist.
Veranstaltungstipp: Funktionelle Beschichtungen
Beschichtungen sollen inzwischen nicht mehr nur gut aussehen und vor Korrosion schützen. So gut und wichtig beide Eigenschaften sind, viele Kund:innen wollen mehr. Viele dieser Anforderungen lassen sich mit dem Begriff „Funktionale Beschichtungen“ beschreiben. Beliebte Schlagwörter, die hier oft fallen, sind anti-Eis, anti-Graffiti, Selbstheilung oder die oft genannte Haifischhaut. Manche dieser Eigenschaften sind inzwischen gut erforscht und am Markt etabliert, andere haben noch praktische Hürden zu überwinden. Welche funktionellen Beschichtungen zu welcher dieser Kategorien gehören, vermittelt Ihnen das FARBE UND LACK Seminar „Funktionelle Beschichtungen“ am 10.09.2025 in Essen.
Kombination von Gasphasen- und Festphasenwirkung
Die Untersuchungen zeigen, dass die Synergie von Stickstoff- und Phosphorgruppen maßgeblich zur Flammhemmung beiträgt. Während P-Verbindungen zur Verkohlung und Intumeszenz führen, sorgen N-Verbindungen für eine Verdünnung der Gasphase. Diese Mechanismen wurden durch TGA-FTIR und MCC bestätigt. P1T1, mit dem höchsten N/P-Verhältnis (1,35), wirkte primär in der Gasphase, während P3T2 sowohl in der Gas- als auch in der Festphase aktiv war und die höchste Flammschutzwirkung erzielte.
Die analysierten Epoxidharze zeigten infolge der FR-Zugabe eine erhöhte Glasübergangstemperatur und gute Benetzbarkeit. Mechanisch waren jedoch bei höheren FR-Konzentrationen Einbußen in Zugfestigkeit und Dehnbarkeit zu verzeichnen. Dennoch: Bei FR-Gehalten von 2–4 % lassen sich flammhemmende Beschichtungen mit guten thermischen Eigenschaften und akzeptabler Mechanik realisieren.
Quelle: Progress in Organic Coatings, Volume 207, October 2025, 109396.
