Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines halogenfreien Flammschutzkonzepts für flexible Kunststoffbahnen aus Polyurethan

Im beantragten Projekt sollen verschiedene Möglichkeiten des halogenfreien Flammschutzes für flexible Kunststoffbahnen aus thermoplastischem Polyurethan (PUR), wie bespielweise Beschichtungen, Folien oder Bänder, untersucht und evaluiert werden. Es werden neben kommerziell erhältlichen Flammschutzmitteln auch neuartige synergistische Kombinationen untersucht.

Die verschiedenen Flammschutzmittel werden hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zunächst in kompakten PUR-Schichten getestet. Die Wirkung bestimmter Mengen der Flammschutzmittel wird anhand mehrerer Analyseverfahren (CONE-Kalorimetrie, Limiting Oxygen Index, Thermogravimetrische Analyse) bestimmt. Darüber hinaus wird die Wirksamkeit geeigneter Varianten bei verschiedenen PUR-Arten (z. B. aliphatisch/aromatisch, wassierbasiert/high-solid) bestimmt. Anhand dieser Erkenntnisse soll an praxisnahen Materialverbunden gezeigt werden wie anspruchsvolle Brandschutznormen mit einem möglichst geringen Flammschutzmittelanteil erfüllt werden können.

Die Ergebnisse des Projekts sollen KMU aus dem Bereich der Kunststoffbahnen einen systematischen Überblick zur Wirkung der verschiedenen Flammschutzmittel und Flammschutzmittelkombinationen liefern. Daneben sollen auch Erkenntnisse zu neuen synergistischen Mischungen gesammelt werden, die möglicherweise effektiver als herkömmliche Varianten sind.

Das Wissen zu den verschiedenen Möglichkeiten des halogenfreien Flammschutzes ist bei den Bahnenwarenherstellern aktuell noch sehr begrenzt. Speziell für Produktneuentwicklungen (unter Erfüllung anspruchsvoller Brandschutznormen) soll das Projekt eine wichtige Grundlage liefern und den Entwicklern eine wichtige Entscheidungshilfe geben. Es können zudem Überdosierungen vermieden und Alternativen zu bisher eingesetzten Flammschutzmitteln aufgezeigt werden. Mit den Projektergebnissen können in den Firmen zudem Kosten-Nutzen-Analysen von Flammschutzmitteln durchgeführt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Flammschutzkonzepts für PUR-Kunststoffbahnen durch die Analyse und den Vergleich der Wirkung von halogenfreien FSM und FSM-Kombinationen. Es wurden kommerziell erhältliche FSM eingesetzt, deren Mehrzahl phosphor- und/oder stickstoffhaltig war. Das Brandverhalten der PUR-Folien wurde durch den Sauerstoffindex (LOI), den MARHE-Wert und mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) charakterisiert. PUR-Kunstleder wurden zusätzlich mittels horizontaler und vertikaler Brandprüfung untersucht.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Brandverhalten von PUR-Folien mit der gleichen Zusammensetzung wie der des Zwischenstrichs der PUR-Kunstleder keine Aussage über das Brandverhalten der entsprechenden Kunstleder zulassen. Prinzipiell zeigten die FSM basierend auf einer organischen Phosphorverbindung (org. P), einem oligomeren Phosphatester (PEster) und Ammoniumpolyphosphat (APP) einen positiven Einfluss auf die Brandhemmung im Vergleich zu den Folien ohne FSM. Eine Verbesserung der Brandhemmung der PUR-Kunstleder konnte auf unterschiedliche Weise erreicht werden: Erhöhung der FSM-Konzentration bei allen phosphorhaltigen FSM, Kombination von org. P mit APP, APP im Deckstrich zusätzlich zu org. P im Zwischenstrich oder Einsatz von APP oder org. P im Zwischenstrich bei geschäumten Kunstledern. Die High-Solid-PUR mit dem FSM org. P wiesen eine bessere Brandhemmung auf als das PUR aus wässriger Dispersion.

Die erarbeiteten Erkenntnisse stellen einen wichtigen Schritt dar für die Bewertung von FSM-Wirkungen und die Entwicklung von anwendungsspezifischen Flammschutzkonzepten für PUR-Kunststoffbahnen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, um herauszustellen welche Prüfungen eine Vorhersage über die Funktionsweise und die Eignung von FSM in den einzelnen Materialien ermöglichen. Es konnte gezeigt werden, dass kommerziell erhältliche FSM auch in PUR-Kunstledern die Anwendungsanforderungen für z. B. den Einsatz in Schienenfahrzeugen erfüllen.