Polymeren spelen een essentiële rol in ons dagelijks leven, maar ze brengen ook een verhoogd brandrisico met zich mee. Efficiënte vlamvertragers zijn essentieel om de veiligheid van mensen te waarborgen en goederen te beschermen tegen de gevaren van onopzettelijke branden.

De polymeerindustrie heeft zich tot vlamvertragers gewend om de impact van branden veroorzaakt door licht ontvlambare polymeren te verminderen. Echter, conventionele vlamvertragers zoals gehalogeneerde verbindingen hebben enkele ernstige nadelen, zoals persistentie in het milieu en toxiciteit. Wat is meer, het gebruik ervan wordt momenteel beperkt door de REACH-verordening van de Europese Commissie betreffende de registratie, evaluatie, autorisatie en beperking van chemicaliën.

De ontwikkeling van brandwerende nanomaterialen om zowel mechanische als thermische eigenschappen te verbeteren, wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende uitdagingen op het gebied van vlamvertraging. Het door de EU gefinancierde NOFLAME-project "opende de deur naar nieuwe benaderingen op het gebied van vlamvertraging en het begrip van polymeerdegradatie, waardoor de toepassing van polymeren op nanomaterialen wordt uitgebreid, ", zegt coördinator Dr. Katharina Landfester. "Samen met hun milieuvriendelijkheid – halogeenvrije vlamvertragers – en hun economische concurrentievermogen, deze materialen zullen commerciële belangstelling beginnen te trekken."

Resolutie van nanomateriaaldispersie

Projectpartners hebben nieuwe nanocontainers gesynthetiseerd om de problemen van slechte dispersie en lage grensvlakadhesie van anorganische en hybride nanomaterialen op te lossen. Dit zou ze geschikt maken voor vlamvertragende toepassingen, in het bijzonder bij het inkapselen van organische en anorganische vlamvertragende verbindingen. "Het zal leiden tot nieuwe toepassingen, waar de toepassing van organische schelpen wordt beperkt door hun lage thermische stabiliteit en hoge ontvlambaarheid, " legt Dr. Landfester uit.

"Het vermogen om een ​​breed scala aan stoffen in te kapselen, maakt de nanocontainers zeer wenselijk bij het ontwikkelen van multifunctionele nanomaterialen voor toekomstige toepassingen, " Dr. Landfester wijst erop. Het inkapselen van paraffinewas - een materiaal voor thermische energieopslag voor gebouwen - is zo'n voorbeeld.

Wetenschappers bereikten een hoge stabiliteit van de emulsie gedurende maanden zonder toevoeging van lipofoob. Ze merkten op dat het gebruik van een microfluïdisator voor homogenisatie zorgde voor een meer uniforme deeltjesgrootteverdeling en meer stabiliteit, herhaalbaarheid en schaalbaarheid van de emulsie in vergelijking met de ultrasone methode.

De nanocontainers ingebed in de polymere matrices vertoonden een goede dispersie in epoxyharsen, een opmerkelijke stijging van de verkoling bij 600 ºC en een vermindering van de totale warmteafgifte. Dit betekent dat de nanocontainers langzamer branden dan het commerciële referentiemateriaal.

De weg vrijmaken voor vlamvertragende nanocontainers

Bevindingen tonen aan dat de gesynthetiseerde nanocontainers de thermische stabiliteit en verminderde ontvlambaarheid verbeterden wanneer ze werden ingebed in epoxyharsen. "NOFLAME zal direct resulteren in een beter begrip van vlamvertragende mechanismen en verspreiding van polymere structuren door andere onderzoekers in vlamvertragende nanomaterialen en colloïdwetenschap, " legt Dr. Landfester uit.

Onderzoeksinspanningen hebben ook bijgedragen aan de kennis van de opschaling van polymere mini-emulsie via microfluidiser. Het projectteam voert momenteel schaalstudies uit van nieuwe materialen voor biotoepassingen. "Ons onderzoek zal een belangrijke impact hebben op de polymeerindustrie omdat bedrijven actief proberen hun conventionele vlamvertragers te veranderen voor andere, minder giftige, die in overeenstemming zijn met REACH, " concludeert Dr. Landfester.