Flammschutzmittel für Weichschaumpolyurethane

Durch ihre offenzellige Struktur und geringe Dichte stellen Polyurethan-Weichschäume (PU-WS) ein besonders leichtentzündliches Material mit hohen Brenngeschwindigkeiten dar und müssen deshalb mit effektiven Flammschutzmitteln (FSM) ausgerüstet werden, um die entsprechenden Brandschutznormen zu erfüllen. Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung und Charakterisierung eines halogenfreien phosphorhaltigen FSM für PU-WS. Dieses sollte strukturell von DOPO (9, 10-Dihydro-9-oxa-phosphaphenthren-10-oxid) abgeleitet sein. Basierend auf grundlegenden Struktur-Eigenschaftsuntersuchungen von PU-WS erfolgte die Identifizierung von Methyl-DOPO (9, 10-Dihydro-9-oxa-methylphosphaphenthren-10-oxid) als effektives FSM für PU-WS. Bis zu 10 phpp zeigte das Methyl-DOPO im PU-WS eine sehr gute Kompatibilität. Die Verdampfung des Methyl-DOPO erfolgte im gleichen Temperaturbereich wie die Bildung von Toluylendiisocyanat (TDI), Toluylenaminoisocyanat (TAI) und Toluylendiamin (TDA) aus der Depolymerisation der Urethan- und der bisubstituierten Harnstoffgruppen bei der Pyrolyse des PU-WS. Dies hatte ein physikalisches Kühlen und Verdünnen der Brandgase zur Folge. Weiter gelang der Nachweis niedermolekularer Verbindungen, wie HPO, PO2 und POCH3 mittels TG/MS und indirekt über die Freisetzung von CO und CO2, das eine Wirkung als Radikalfänger im Radikalkettenmechanismus bei der Pyrolyse des WS-PU belegt. Der resultierende hohe Flammschutz führte zu einem Erlöschen der Flamme bei einer Konzentration von 10 phpp Methyl-DOPO im PU-WS bei den Cone-Calorimeter- und den FMVSS 302-Kleinbrenner-Tests. Weitere FSM wie Tris-(chlorpropyl)phosphat (TCPP), Dimethylmethylphosphonat (DMMP), roter Phosphor (Prot), Melamin und ATH (Aluminiumtrihydroxid) wurden ebenfalls im PU-WS untersucht.