Hochverzweigte, phosphorhaltige Silicapräkursoren und deren Potential als synergistisch wirksame Flammschutzmittel

• Highly branched, phosphoric silicaprecursors and their potential as synergistic flame retardants

Mäkiniemi, Roi Oskari; Möller, Martin (Thesis advisor); Pich, Andrij (Thesis advisor); Simon, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Flammschutzmittel, also Additive zur Verringerung der Brennbarkeit von Polymeren, sind aufgrund der Allgegenwärtigkeit von kohlenwasserstoffhaltigen Kunststoffen und Textilen im täglichen Leben von enormer Bedeutung. Zur Auswahl stehen dabei diverse Stoffklassen, welche jedoch alle mit gewissen Einschränkungen einhergehen. Während beispielsweise die sehr effektiven halogenhaltigen Flammschutzmittel aufgrund ihrer Umwelt- und Gesundheitsbelastung schrittweise vom Markt genommen werden, weisen umweltfreundliche mineralische Flammschutzmittel eine nur geringe Flammschutzwirkung auf. Durch synergistisches Zusammenwirken verschiedener Stoffe können hingegen hybride Flammschutzmittel hergestellt werden, welche sowohl effektiv als auch umweltfreundlich sind. So beschäftigt sich diese Arbeit mit der Kombination von phosphorhaltigen Bausteinen mit hochverzweigten Polyalkoxysiloxanen bzw. Polyalkoxysilisequioxanen. Dazu wird im ersten Teil das kommerziell verfügbare Silan (Diethylphosphatoethyl)triethoxysilan in einer Ein-Topf-Synthese mit Tetraethylortosilikat zu einem phosphormodifizierten, hochverzweigten Polyalkoxysiloxan umgesetzt. Im Mittelpunkt steht dabei die Herstellung und Charakterisierung von Polyalkoxysiloxanen mit unterschiedlichen Anteilen der phosphorhaltigen Gruppe. Im zweiten Teil werden Methoden untersucht, mit denen das bereits als Flammschutzmittel zum Einsatz kommende Molekül 9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid in die Struktur eines hochverzweigten Polyalkoxysiloxans eingebaut werden kann. Der dritte Teil beschäftigt sich mit Cyclophosphazenen, einer viel untersuchten Stoffklasse mit hohem Potential für den Flammschutz. Durch Vernetzung von Chlorocyclophosphazenen mit Amino-Polysilsesquioxanen werden hybride Kolloide hergestellt und charakterisiert. Abschließend werden diese drei Systeme als Textilbeschichtung eingesetzt und hinsichtlich ihrer Flammschutzeigenschaften evaluiert.