Phosphazene/silsesquioxane-polycondensates for flame retardancy applications

Gómez, Debra Carolina Cortés; Möller, Martin (Thesis advisor); Pich, Andrij (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Poly(organo)phosphazenen sind Makromoleküle mit alternierenden Phosphor-Stickstoff-Atomen in ihrem Rückgrat mit einer linearen- (Ketten) oder zyklischen- (Ringe) Struktur und organischen Gruppen. Diese Arbeit untersucht die Synthese und Eigenschaften von cyclomatrix Polyphosphazenen, ausgehend von Hexachlorcyclotriphosphazen N3P3Cl6 (HCCP) oder teil-substituiertem HCCP mit Methoxygruppen N3P3Cl6-n(OMe)n und aminfunktionalisierten Silsesquioxanen. Die Polykondensation von HCCP mit multifunktionellen Aminen führt zu einem dreidimensionalen Netzwerk mit hoher Vernetzungsdichte. Als solche haben sie aufgrund ihrer Intraktabilität und schlechten Löslichkeit wenig Interesse gefunden [1, 67]. Die Reduktion des reaktiven Chlors in HCCP durch partielle Substitution durch inerte Gruppen ermöglicht den Zugang zu Monomeren mit reduzierter Funktionalität, die für die Bildung von weniger verzweigten oder sogar linearen Cyclomatrix-Polymeren geeignet sind. Auf diese Weise werden neuartige lösliche und gut handhabbare teilsubstituierte HCCP mit Methoxy-Gruppen N3P3Cl6-n(OMe)n durch eine einfache und robuste Synthese in Kapitel 3 synthetisiert. Da sich im Laufe der Jahre strenge Vorschriften bezüglich der Toxizität von Flammschutzmitteln herauskristallisiert haben, wurden halogenfreie Alternativen von der wissenschaftlichen Gemeinschaft intensiv erforscht. In den letzten Jahren ist das Interesse an Polyphosphazenen aufgrund ihres hybriden anorganisch-organischen Rückgrats mit einem hohen Anteil an Phosphor- und Stickstoff-Atomen [9,128] und ihrer flammhemmenden Eigenschaften besonders groß. Inspiriert durch die aktuellen Bedürfnisse wurden in Kapitel 4 hochthermisch stabile Cyclomatrix-Poly(organo)phosphazene synthetisiert, die durch Fällungspolymerisation von N3P3Cl6 oder N3P3Cl6-n(OMe)n und Silsesquioxan-Bausteinen hergestellt wurden. Unser Kontakt zu Textilien ist allgegenwärtig, in der Kleidung, in unseren Wohn- und Arbeitsräumen sowie im Verkehr. Die hohe spezifische Oberfläche von synthetischen und natürlichen Fasern macht diese Materialien durch den Kontakt mit Luftsauerstoff leicht entzündbar [63]. Thermisch stabile Polyphosphazen-Silsesquioxan CycloMatrix-Polymere, die in Kapitel 5 vorgestellt werden, verzögern oder hemmen den Celluloseabbau vollständig, aufgrund eines Synergismus zwischen Phosphor und Stickstoff sowie der Bildung eines schützenden Schichtes aus kohlenstoffhaltigen Siliziumdioxid. Die Polymere lassen sich leicht als Nanobeschichtungen auf Baumwollfasern in einem Veredelungsprozess auftragen und es werden relativ geringe Mengen benötigt, um eine Flammhemmung zu induzieren.