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EIN flammhemmend oder feuerdämmend ist ein Material, das Feuer verhindert oder die Ausbreitung von Feuer verzögert. Natürlich vorkommende Stoffe wie Asbest, aber auch synthetische Materialien wie PBDEs (polybromierter Diphenylether), Leiterplatten (Polychloriertes Biphenyl) und PFAS (Poly- und Perfluoralkylsubstanzen) werden hierfür verwendet. Derzeit gibt es jedoch neue Alternativen auf dem Markt, die die Inhaltsstoffe auf ökologische Weise zusammensetzen, wie das HCA und das Finivuur-Flammschutzmittel. Dieses feuerhemmende Mittel kann auch Stoffe wie Baumwolle und Leinen nicht brennbar machen (EN 1102) und Holz in der höchsten europäischen Klasse feuerhemmend (B-S1-D0 gemäß SBI-Test 13501:01) machen.

2001 wurden weltweit 1,2 Millionen Tonnen Flammschutzmittel in Produkten verwendet (im Wert von knapp 2 Milliarden US-Dollar). Bis 2010 soll der Wert auf 3,4 Milliarden Dollar angestiegen sein.^[1] Der größte Anteil davon entfällt auf Aluminiumoxid-Trihydrat (43 % Anteil), gefolgt von bromierten Chemikalien (21 %) und phosphororganischen Chemikalien an dritter Stelle (14 %).^[2]

Folgende Prozesse werden mit Flammschutzmitteln verarbeitet:

• Entfernung von H- und OH-Radikale
• Verhindern Pyrolyse
• Herstellung einer Schutzschicht auf dem Material
• Erzeugung von Stickstoff oder anderen nicht brennbaren Gasen, die den Sauerstoff austreiben
• Produktion von Wasser, das den brennenden oder brennbaren Gegenstand kühlt und Wärme (Energie) abführt. (Wärme = Energie und kann im Prinzip nicht abgeführt werden. Die Wärme wird abgeführt, wodurch die Durchschnittstemperatur sinkt.)

Es gibt auch Flammschutzmittel, die diese Prozesse unterstützen synergistisch kombinieren.

Arbeitsprinzip

Halogene

Biene Halogene, Verbindungen mit den Elementen f, Cl, Bruder und ich die Wirkung beruht auf der Abspaltung des Halogenatoms als Radikale die mit den freien Radikalen reagiert, die das Feuer innerhalb des Verbrennungsprozesses fördern.

Abspaltung des Halogenatoms:

${displaystyle mathrm {RX langer rechter Pfeil R^{*} X^{*}} }$

Bildung von Halogenwasserstoffen

${displaystyle mathrm {RH X^{*} longrightarrow HX R^{*}} }$

Neutralisation der energiereichen Radikale

${displaystyle mathrm {HX H^{*} longrightarrow H_{2} X^{*}} }$

${displaystyle mathrm {HX OH^{*} longrightarrow H_{2}O X^{*}} }$

Das bei der letzten Reaktion freigesetzte Halogenradikal wird im Prozess wiederverwendet; es wird also nicht verbraucht.

Die Abspaltbarkeit eines Halogenatoms ist I > Br > Cl > F. Die am häufigsten verwendeten Flammschutzmittel sind Verbindungen mit Chlor und Brom. Bei Verbindungen mit Fluor findet diese Spaltungsreaktion bei höheren Temperaturen kaum oder gar nicht statt. Bei Verbindungen mit Jod ist die Spaltungsreaktion zu leicht und erfolgt bereits bei relativ niedrigeren Temperaturen.

Das wirksamste Halogen ist eine Verbindung mit Brom, da es aktiver ist als eine Verbindung mit Chlor.

Halogenierte Flammschutzmittel haben den Nachteil, dass im Brandfall giftiger Rauch entstehen kann.

Die Flammschutzmittel vom Bromtyp werden hauptsächlich für Elektronik und elektronische Geräte wie Fernseher und Computermonitore verwendet. Es findet sich auch in Elektrokabeln, Vorhängen und Möbeln

Antimonoxid

Die Wirkung dieses Mittels beruht auf der Bildung gasförmiger Halogen-Antimon-Verbindungen, die so verhindern, dass Sauerstoff in das Brenngut gelangt. Zum Beispiel mit PVC, ein Polymer mit Chlormolekülen ist dieses Mittel weit verbreitet. Diese Halogen-Antimon-Verbindungen wirken auch als Radikalfänger. Dadurch werden die während des Brandes auftretenden Radikalreaktionen verlangsamt.

Antimonoxid ist als Aktivator von Halogenverbindungen anzusehen und der Wirkmechanismus entspricht daher dem Abschnitt über Halogenverbindungen. Es beschleunigt den Abbau von Halogenverbindungen und setzt halogenierte Radikale frei, die in den Teiloxidationszyklus in der Gasphase eingreifen, die die Flamme aufrechterhält. Verantwortlich dafür sind die Radikale H und OH, die eine sehr hohe Energie haben. Halogenradikale und Halogenwasserstoff reagieren mit diesen Radikalen und wenn genug H und OH verschwinden, erlischt die Flamme.

Phosphorverbindungen

Phosphatester, Ammoniumphosphat und andere anorganische Phosphate auf ein Feuer reagieren bis zu Polyphosphorsäuren und Metaphosphorsäuren (ringförmige Phosphorsäuren), die wie bei halogeniertenAntimonverbindungen bilden eine Sauerstoffbarriere.

Zum Beispiel die Antwort von Polyammoniumphosphat:

${displaystyle mathrm {(NH_{4}PO_{3})_{n} longrightarrow (HPO_{3})_{n}} }$

Bei einer Temperatur von mehr als 250°C wird Ammoniak abgespalten und Phosphorsäure gebildet, die zusammen mit der resultierenden Rußschicht (dargestellt durch "Ch") die Sauerstoffsperrschicht bildet.

${displaystyle mathrm {(HPO_{3})_{n} C_{x}(H_{2}O)_{m} longrightarrow [Ch]_{x} (HPO_{3})_{n}cdot mH_{ 2}O} }$

Phosphorverbindungen werden recht häufig verwendet.

Intumeszenzmittel Agent

Das Wirkprinzip dieser Mittel beruht auf der Bildung einer sauerstoffschließenden Schaumschicht. Der Hauptvertreter ist Melamin und seine Salze.

Zum Beispiel Polyphosphate (der Säurespender) in Zusammenarbeit mit a Melamin (der Schäumer) und ein Carbonlieferant wie Dipentaerythrit, Stärke oder Pentaerythrit auf diese Weise arbeiten. Im Brandfall entstehen gasförmige Produkte wie Kohlendioxid und Ammoniumgas.

Zum Beispiel a Ammoniumpolyphosphat teilt sich auf Ammoniak ab zu formen Phosphorsäure. Phosphorsäure reagiert mit dem Kunststoff oder Polymer zu Ruß (siehe die Reaktionen mit Phosphorverbindungen). Das Melamin zerfällt bei höherer Temperatur zu Ammonium, das zusammen mit dem Ammonium aus dem Ammoniumpolyphosphat mit Sauerstoff zu Stickstoff und Wasser reagiert. Dadurch wird der Ruß zu einer Schaumschicht aufgeblasen.

${displaystyle mathrm {C_{3}H_{6}N_{6} longrightarrow NH_{3}} }$

${displaystyle mathrm {NH_{3} O_{2} longrightarrow N_{2} H_{2}O} }$

Die gebildete Schaumschicht wird stabilisiert mit Vernetzung (Vernetzung wie bei Vulkanisation).

Metallhydroxide

Bei diesen Stoffen wandelt ein Feuer das Metallhydroxid in Metalloxid- und Wassermoleküle um, wobei die Wassermoleküle dafür sorgen, dass die Sauerstoffkonzentration um das brennende Material herum reduziert wird und damit die Intensität des Feuers verringert wird. Außerdem ist die Antwort endothermischdamit auch dem Feuer Wärme entzogen wird. Das Metalloxid bildet auch eine nicht brennbare Schicht auf dem Material.

Kommentare sind:

${displaystyle mathrm {2cdot Al(OH)_{3} ​​​​longrightarrow Al_{2}O_{3} 3cdot H_{2}O} }$

${displaystyle mathrm {Mg(OH)_{2} longrightarrow MgO H_{2}O} }$

Aluminiumhydroxid (ATH) ist das am häufigsten verwendete Flammschutzmittel. Magnesiumhydroxid (MDH) wird hauptsächlich dort eingesetzt, wo der Kunststoff oder Polymer bei höheren Temperaturen hergestellt oder verarbeitet wird, da es bis 300 °C stabil ist,

Übersicht der verwendeten Stoffe

Folgende Chemikalien werden verwendet:

• Anorganisch
  • Metallhydroxide
    • Aluminiumhydroxid
    • Magnesiumhydroxid
  • Antimonverbindungen
    • Antimontrioxid
    • Antimonpentaoxid
    • Natriumantimonat
  • Bohrverbindungen
    • Borsäure
    • Borax
    • Zinkborat
  • Andere Metallverbindungen
    • Molybdänverbindungen
    • Titanverbindungen
    • Zirkoniumverbindungen
    • Zinkverbindungen
      • Zinkstanat
      • Zinkhydroxid Stanat
  • Phosphorverbindungen
    • Roter Phosphor
    • Ammoniumpolyphosphat
    • Resorcinyldiphosphorsäuretetraphenylester (EPLR)
  • Andere anorganische Flammschutzmittel
    • Ammoniumsulfamat
    • Ammoniumbromid
• halogenierte organische Verbindungen
  • bromiert
    • Tetrabrombisphenol A
    • Decabromdiphenylether (deka)
    • Octabrombiphenylether
    • Tetrabrombiphenylether
    • Hexabromcyclododecan (HBCD)
    • Tribromphenol
    • Bis(tribromphenoxy)ethan
    • Tetrabrombisphenol A Polycarbonat-Oligomer (TBBA oder TBBPA)
    • Tetrabrombisphenol A Epoxy-Oligomer (TBBA oder TBBPA)
    • Tetrabromphthalsäureanhydrid
  • chloriert
    • chloriert Paraffin
    • Bis(hexachlorcyclopentadieno)cyclooctan
    • Dodecachlorpentacyclodecan (Dechloran)
    • 1,2,3,4,7,8,9,10,13,13,14,14-Dodecachlor-1,4,4a,5,6,6a,7,10,10a,11,12,12a- Dodecahydro-1,4:7,10-dimethanodibenzo(a,e)cycloocten (Dechloran Plus)
• Organophosphor
  • Halogenfreie Verbindungen
    • Phosphatester
      • Trialkylphosphat
      • Triarylphosphat
      • Arylalkylphosphat
    • Polyole
    • Phosphonium Stoffe
    • Phosphonate
  • halogenierte Phosphate
    • Tris(1-chlor-2-propyl)phosphat (TCPP)
    • Tris(2-chlorethyl)phosphat (TCEP)
    • Tris(2,3-dibrompropyl)phosphat
    • Tris(2-chlor-1-(chlormethyl)ethyl)phosphat (TDCP)
• Stickstoffbasiert
  • Polyurethan
  • Polyamid
  • Melamin und Salze von Melamin
  • Guanidin Verbindungen

Einige dieser Stoffe sind krebserregend oder stehen im Verdacht, Krebs.Im Kalifornien in dem Vereinigte Staaten ist mit Vorschlag 65 eine ziemlich vollständige Liste von Karzinogenen.

Umwelt und Gefahren

Die Verwendung von Flammschutzmitteln wird von vielen Menschen als verwerflich angesehen. Aspekte, die hier wiegen, sind Bioakkumulation, die Konzentration solcher Stoffe in der Natur, die Bildung giftiger Gase, die Toxizität der Chemikalien selbst. Es gibt auch Bedenken hinsichtlich der Freisetzung von Flammschutzmitteln aus den Produkten, in die sie eingearbeitet sind.

Insbesondere bromierte Flammschutzmittel sind Gegenstand von Untersuchungen und Verboten.

Der Einsatz von Flammschutzmitteln ist ein Kompromiss zwischen Vor- und Nachteilen. Einerseits werden viele Leben gerettet, andererseits sind die negativen Folgen für die Umwelt unbestreitbar.

In einer Studie zur Untersuchung des PBDE-Gehalts in der Muttermilch wurde in den USA seit 1990 ein deutlicher Anstieg beobachtet, während er in Schweden vergleichsweise niedrig geblieben ist.^[3] In einer Schweizer Studie wurde für phosphorhaltige Flammschutzmittel die Konzentration in der Luft eines Gebäudes gemessen, die um eine Größenordnung niedriger als erlaubt ist. In einer deutschen Studie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung wurde die Migration von Flammschutzmitteln aus verschiedenen Artikeln untersucht. Viele Flammschutzmittel sind diesbezüglich risikolos, außer TCPP. Bei TCPP hat das Fraunhofer-Institut auch festgestellt, dass die Konzentrationen bei hohen Temperaturen zu hoch werden können.

Die europäischen Behörden haben Penta-, Octa- und Decabrombiphenylether als Flammschutzmittel wegen Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit verboten. In den Jahren 2007 und 2008 werden weitere Stoffe untersucht: TBBPA, HBCD, ATH und drei Arten von chlorierten Phosphatestern. ERREICHEN wird wahrscheinlich dazu führen, dass einige Arten von Flammschutzmitteln vom Markt genommen werden, insbesondere solche, deren Verkaufsmengen relativ gering sind.

In Bezug auf Flammschutzmittel gelten einige Labels, wie der deutsche „Blaue Engel“, die EU-Blume und die TCO in Schweden. Halogenierte Flammschutzmittel sind inzwischen von einigen größeren Unternehmen verboten.

Normen

• In dem Europäische Union im Allgemeinen wird die Norm EN 13501-1 verwendet (Eurocodes).
• In Frankreich wird die NF P92 510 (M-Norm), die strenger als die EU-Norm ist, immer noch weit verbreitet verwendet.
• In Großbritannien, British Standards Institution (BS) 5852 Teil 1&2 und BS 5867 verwendet.
• In den Vereinigten Staaten ist die Kalifornischer Feuermarschall CPA1-84 benutzt.

Verweise

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