Feuerfeste Nanocontainer

Anonim

Polymere spielen eine wesentliche Rolle in unserem täglichen Leben, aber sie haben auch ein erhöhtes Brandrisiko. Effiziente Flammschutzmittel sind der Schlüssel zur Sicherheit von Menschen und zum Schutz vor Bränden.

Die Polymerindustrie hat sich auf Flammschutzmittel konzentriert, um die Auswirkungen von Bränden, die durch hochentzündliche Polymere verursacht werden, zu reduzieren. Herkömmliche Flammschutzmittel, wie halogenierte Verbindungen, haben jedoch einige schwerwiegende Nachteile, wie Persistenz und Toxizität in der Umwelt. Darüber hinaus ist ihre Verwendung derzeit durch die REACH-Verordnung der Europäischen Kommission zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien begrenzt.

Die Entwicklung von feuerbeständigen Nanomaterialien zur Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften wird als eine der vielversprechendsten Herausforderungen im Bereich der Flammhemmung angesehen. Das EU-finanzierte NOFLAME-Projekt "öffnete die Tür zu neuen Ansätzen in der Flammhemmung und zum Verständnis des Polymerabbaus und erweiterte damit die Anwendung von Polymeren auf Nanomaterialien", sagt Koordinatorin Dr. Katharina Landfester. "Zusammen mit ihrer Umweltfreundlichkeit - halogenfreien Flammschutzmitteln - und ihrer wirtschaftlichen Wettbewerbsfähigkeit werden diese Materialien kommerziell interessant werden."

Auflösung der Nanomaterialdispersion

Die Projektpartner synthetisierten neuartige Nanocontainer, um die Probleme der schlechten Dispersion und der geringen Grenzflächenhaftung anorganischer und hybrider Nanomaterialien zu lösen. Dies würde sie für flammhemmende Anwendungen, insbesondere mit der Verkapselung von organischen und anorganischen flammhemmenden Verbindungen, geeignet machen. "Es wird zu neuen Anwendungen führen, bei denen der Einsatz organischer Schalen durch ihre geringe thermische Stabilität und ihre hohe Entflammbarkeit begrenzt ist", erklärt Dr. Landfester.

"Die Fähigkeit, eine Vielzahl von Substanzen zu kapseln, macht die Nanocontainer sehr begehrenswert für die Entwicklung multifunktionaler Nanomaterialien für zukünftige Anwendungen", betont Dr. Landfester. Die Verkapselung von Paraffinwachsen - ein thermisches Energiespeichermaterial für Gebäude - ist ein solches Beispiel.

Die Wissenschaftler erreichten über Monate hinweg eine hohe Stabilität der Emulsion ohne Zusatz von Lipophobier. Sie beobachteten, dass die Verwendung eines Mikrofluidisierers zur Homogenisierung eine gleichmäßigere Partikelgrößenverteilung ergab und eine größere Stabilität, Wiederholbarkeit und Skalierbarkeit der Emulsion im Vergleich zu dem Ultraschallverfahren ergab.

Die in den Polymermatrices eingebetteten Nanocontainer zeigten eine gute Dispersion in den Epoxidharzen, einen bemerkenswerten Anstieg der Kohle bei 600 ºC und eine Verringerung der gesamten Wärmefreisetzung. Dies bedeutet, dass die Nanocontainer langsamer brennen als das kommerzielle Referenzmaterial.

Wegbereiter für schwer entflammbare Nanocontainer

Die Ergebnisse zeigen, dass die synthetisierten Nanocontainer die thermische Stabilität verbessern und die Entflammbarkeit verringern, wenn sie in Epoxidharze eingebettet werden. "NOFLAME wird direkt zu einem besseren Verständnis der flammhemmenden Mechanismen und der Dispersion von Polymerstrukturen durch andere Forscher in flammhemmenden Nanomaterialien und Kolloidwissenschaften führen", erklärt Dr. Landfester.

Forschungsbemühungen haben auch dazu beigetragen, die Vergrößerung der polymeren Miniemulsion über Mikrofluidisierer zu verstehen. Das Projektteam führt derzeit Scaling-Studien für neue Materialien für Bioanwendungen durch. "Unsere Forschung wird einen wichtigen Einfluss auf die Polymerindustrie haben, da Unternehmen aktiv versuchen, ihre konventionellen Flammschutzmittel für andere, weniger toxische Substanzen, die mit REACH konform sind, zu verändern", schließt Dr. Landfester.

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