Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Borhaltige Flammschutzausrüstung mit rauchunterdrückender Wirkung für Textilien und Faserverbundwerkstoffe

 

Für viele Flammschutzanwendungen wird neben einer guten Beständigkeit gegenüber Feuer auch eine reduzierte Rauchentwicklung gefordert. Um diese zu erreichen haben sich Borsäure und ihre Salze wie Zinkborat als sehr effektiv erwiesen. Die Wirkung beruht zum einen auf dem Faktor, dass Bor ein guter Glasbildner ist und so eine gute Schutzschicht auf dem Material ausbildet. Zum anderen fördert es die Verkohlung von organischen Verbindungen. Bor gehört zu den Spurenelementen. Jedoch wurde in Tierversuchen mit sehr hochdosierten Borsäurekonzentrationen eine reproduktionstoxische Wirkung festgestellt, weshalb eine Listung unter REACH erfolgte. Eine Alternative zur Borsäure sind Boronate, Bor-Kohlenstoffverbindungen (B-C) oder Bor-Stickstoffverbindungen wie Bornitride (B-N).

Im geplanten Forschungsvorhaben sollen B-C und B-N-haltige Flammschutzmittel für die textile Anwendung in Faserverbundwerkstoffen entwickelt werden. Unter anderem wird die Problematik des toxikologischen und umweltgefährdenden Aspektes gängiger halogenhaltiger und borsäurebasierter Flammschutzmittel aufgegriffen und das Tor für effizientere Alternativen geöffnet.

Die wirtschaftliche Bedeutung effizienter und beständiger Flammschutzausrüstungen, insbesondere für Textilveredler (KMU), ist enorm. Die Nachfrage nach effektiven und halogenfreien Ausrüstungen ist groß, da etablierte Systeme ersetzt werden müssen und gleichzeitig die Flammschutzanforderungen an Textilien steigen. Neue halogenfreie Flammschutzausrüstungen erweisen sich oft als wenig beständig oder müssen über Spezialverfahren appliziert werden. Neue Systeme, die mit konventionellen Verfahren applizierbar sind, bringen daher einen großen Wettbewerbsvorteil. Um die Umsetzung des Ansatzes nach Projektende sicherzustellen, suchen die Antragsteller sowohl die enge Diskussion mit Faserverbundherstellern, Textilveredlern, als auch gezielt mit Firmen der Textilchemiebranche, was sich im Projektbegleitenden Ausschuss widerspiegelt.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsvorhabens war es, Entwicklungsgrundlagen für effiziente rauchunterdrückende Flammschutzmittel mit einer zu halogenierten FSM vergleichbaren Leistung für naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe zu schaffen. Dabei wurde die Anwendbarkeit der Entwicklung zum einen durch mittelständische Textilveredler, zum anderen für die Weiterverarbeitung sowie den Anwendungszweck im Außenbereich als Grundvoraussetzung angesehen. Da-her stand die Entwicklung eines Verfahrens im Vordergrund, in welchem das Flammschutzmittel aus wässriger Phase applizierbar ist, gleichzeitig aber einen guten Schutz vor dem Auswaschen für beispielsweise den Einsatz im maritimen Anwendungsfeld bietet. Anvisiert wurde eine verbesserte flammhemmende sowie rauchunterdrückende Wirkung bei möglichst geringen Massenauflagen, kombiniert mit einer positiven Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs.

Für die Erfüllung der Projektziele waren mehrere Strategien zur Erprobung vorgesehen, von welchen sich der Sol-Gel-Ansatz als die effektivste Methode erwies. Von einer Vielzahl entwickelter und untersuchter Trialkoxysilylverbindungen konnte eine Kombination zweier Komponenten mit verbesserter Rauch- und Flammunterdrückung identifiziert werden. Diese weist im Naturfaserverbundwerkstoff eine deutlich verbesserte Wasserbeständigkeit gegen-über kommerziellen Referenzflammschutzmitteln auf. Gemäß der Forschungshypothese konnte ein positiver Effekt bororganischer Verbindungen auf die Rauchunterdrückung halogenfrei flammgeschützter Naturfaserverbundwerkstoffe aufgezeigt werden. Eine Verbesserung der Zugeigenschaften der Verbundwerkstoffe durch die FSM-Behandlung konnte nicht erreicht wer-den. Die Behandlung ging jedoch mit einer Erhöhung der Zähigkeit der Verbundwerkstoffe einher, was bei dem Einsatz spröder bastfaserverstärkter Verbundwerkstoffe einen interessanten Aspekt darstellt, da einige Anwendungen auf Grund des spröden Versagens derzeit häufig nicht umgesetzt