Flammschutzmittel ohne Gift

Kunststoffe ist leicht brennbar, er muss daher vor Flammen geschützt werden.

Elektronik, Fahrzeuge, Textilien – kaum ein Produkt kommt heute ohne Kunststoffe aus. Doch der Werkstoff ist leicht brennbar, er muss daher vor Flammen geschützt werden. Mit neuen Verfahren lassen sich umweltverträgliche Flammhemmer einfach herstellen.

Die Zahl ist besorgniserregend: Obwohl die Zahl der Menschen, die bei Bränden sterben rückläufig ist, (2010 starben 373) lassen sich diese Opfer noch vermeiden, vor allem bei Wohnungsbränden. Oftmals war der Auslöser des Feuers ein kleines Teelicht. Sobald mehrere Gegenstände in Flammen stehen, schnellt die Temperatur im Raum auf bis zu 800 Grad, das Feuer greift rasch auf andere Zimmer über. Den Bewohnern bleibt nur wenig Zeit zur Flucht – nach Brandausbruch sind es gerade einmal etwas über zwei Minuten.

Heutzutage enthalten Wohnungen und Büros wesentlich mehr brennbare Materialien als noch vor Jahrzehnten: Möbel, Elektronik- und Elektrogeräte etwa bestehen größtenteils aus leicht entzündlichen Materialien. Ohne den Zusatz von Flammschutzmitteln würden diese Produkte unter Einfluss einer Zündquelle in kürzester Zeit lichterloh brennen.
Beispielsweise geht ein Fernseher ohne die schützenden Additive nach acht Minuten in Flammen auf, während ein TV-Gerät mit Flammschutz nach dieser Zeit noch unbeschädigt ist.

Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln Prof. Dr. Manfred Döring und sein Team Flammschutzmittel (FSM) für polymere Werkstoffe, unter anderem für den Transportbereich, die Baubranche und für elektrische und elektronische Anwendungen. »Flammschutzmittel sollen Brände verhindern und die Ausbreitung des Feuers verzögern. Die Fluchtzeit erhöht sich auf bis zu 20 Minuten. Die Wahrscheinlichkeit, einen Brand unbeschadet zu überstehen, steigt somit deutlich«, so Döring.

Flammschutzmittel müssen hohe Anforderungen erfüllen

Doch die Anforderungen an die Flammschutzmittel sind hoch: Sie sollen umweltverträglich, für Mensch, Tier und Pflanzen unbedenklich sein und bei einem Brand keine zusätzlichen toxischen Rauchgase freisetzen. Darüber hinaus dürfen sie nicht aus dem fertigen Produkt in die Luft oder ins Wasser freigesetzt werden. Die Forscher müssen sicherstellen, dass das Flammschutzmittel nicht mit dem Kunststoff oder anderen Bestandteilen unerwünscht reagiert und damit das Material verändert oder dessen Funktionalität und Aussehen beeinflusst. »Flammgeschütze Berufskleidung etwa muss waschbar sein, ohne dass der Flammschutz dadurch beeinträchtigt wird. Leiterplatten in elektronischen Geräten müssen sowohl bei -40° C als auch bei +60 °C über viele Jahre flammgeschützt funktionstüchtig bleiben, damit bei einem möglichen Kurzschluss kein Brand entstehen kann«, sagt Döring. Daher stimmen der Wissenschaftler und seine Kollegen das Flammschutzmittel exakt auf den jeweiligen Kunststoff ab, wobei sie auf halogenfreie, toxisch unbedenkliche FSM setzen. Je nach Anwendung handelt es sich dabei um anorganische, phoshor- und stickstoffhaltige Verbindungen.

Im Oktober stellten die Forscher auf der Messe K in Düsseldorf ein halogenfreies, polymeres Flammschutzmittel für Fasern vor, das sich beispielsweise für flammhemmend ausgerüstete Sitzbezüge eignet. Einzigartig ist die Einbringung des polymeren Flammschutzmittels während der Extrusion, einer in der Kunststoffindustrie gängigen Verfahrenstechnik: Die Wissenschaftler mischen ein fasergeeignetes Polymer mit einem flammgeschützten Polymer im Extruder – einem Fördergerät, das die zugeführte Kunststoffmasse verdichtet und unter Druck einem profilgebenden Werkzeug zuführt. Das FSM kann durch einfaches physikalisches Vermischen gleichmäßig im Grundpolymer verteilt werden. Der Vorteil für die Verarbeiter von Kunststoffen: Sie können nun erstmals die Quantität des Flammschutzpolymers selbst wählen und somit das flammhemmend ausgerüstete Polymer nach eigener Rezeptur produzieren.

Derzeit bauen die Forscher vom LBF ein Brandschutzlabor auf, das Ende 2014 mit einem breit gefächerten Leistungsangebot in Betrieb gehen soll: Die Chemiker und Ingenieure testen die Effizienz von Flammschutzmitteln in Polymeren und entwickeln Rezepturen für Kunststoffe wie Thermoplaste, Duromere und Composite. Zudem prüfen sie Systeme, die aus mehreren Komponenten bestehen und untersuchen sie auf ihre Effizienz – synergistische Abmischungen nennen die Experten diese Zusammensetzungen, die sich in ihrer Wirkung vervielfältigen. Darüber hinaus synthetisieren sie halogenfreie Flammschutzmittel und führen gegebenenfalls eine Maßstabsvergrößerung der Synthese durch. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig, schließlich müssen immer mehr Bauteile aus Kunststoff flammhemmend ausgerüstet werden.