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Neues, ungiftiges Flammschutzmittel vor Markteintritt

28.09.2017

Chemiker der Empa haben einen neuen Syntheseweg für umweltfreundliche Flammschutzmittel entwickelt und patentiert. Diese sind für Matratzen und Polstern geeignet. Anders als bisherige Flammschutzmittel aus chlorhaltigen Chemikalien ist die neue Stoffklasse ungiftig und effizient. Zwei Industriepartner der Empa bringen die Neuentwicklung nun auf den Markt.

Das an der Empa entwickelte umweltfreundliche Flammschutzmittel namens EDA-DOPO geht in Serienproduktion. Entscheidend für diesen Erfolg ist das neu entwickelte, besonders ökonomische und ökologische Syntheseverfahren, das auch die Herstellung anderer DOPO-Derivate vereinfacht.


Schaumstoffprobe mit EDA-DOPO bei einem Flammtest im Empa-Labor.

Empa

Die Firma Metadynea Austria GmbH wird den Stoff herstellen, die weltweit tätige FoamPartner Gruppe wird bei entsprechender Nachfrage daraus flammhemmende Polyurethan-Schaumstoffe (PU) für Polster und Matratzen produzieren. Nachdem das neue Produktionsverfahren für DOPO-Derivate im Juni 2017 patentiert wurde, hat die Metadynea Austria GmbH bis heute bereits rund 1.5 Tonnen des Flammschutzmittels produziert.

Ungiftig – auch im Brandfall

Damit ist ein erster Schritt getan, um herkömmliche, halogenierte Flammschutzmittel zu ersetzen. Diese bisher gebräuchlichen Mittel sind bisweilen giftig und erzeugen im Brandfall giftige Gase. Das an der Empa entwickelte EDA-DOPO – ein Derivat des bekannten Flammschutzmittels DOPO (9,10-Dihydro-10-oxa-phosphaphenatrenoxid) – tut dies nicht. Dennoch erfüllen Schaumstoffe, die EDA-DOPO enthalten, die höchste Flammschutz-Klassifikation (UL 94 HB).

Der Flammschutzexperte Sabyasachi Gaan entwickelte EDA-DOPO an der Empa in zwei Jahren Forschungsarbeit im Rahmen des Eureka SUSPUR-Projekts (www.eurekanetwork.org/project/id/8058). Den Anstoss dazu gab die FoamPartner Gruppe, die ihr Sortiment mit umweltfreundlich ausgerüsteten, flammgeschützten PU-Schaumstoffen ausbauen wollte. Derzeit ist die Firma alleiniger Lizenznehmer für EDA-DOPO für die PU-Schaumherstellung. Die Substanz wird ausschliesslich von der Metadynea Austria GmbH hergestellt.

Für öffentliche Räume vorgeschrieben

Flammhemmende Polster sind vor allem für Bereiche vorgeschrieben, an denen sich viele Menschen aufhalten: Flugzeuge, Bahnen und Busse, Hotels und Gaststätten. Flammschutzmittel verhindern eine Entzündung, etwa mit Zigaretten oder durch Vandalismus. Doch auch hier werden die Umweltstandards immer strenger. Ausdünstungen von Flammschutzmitteln in die Umgebungsluft und die Atmosphäre sind unerwünscht; ebenso werden die giftigen Gase, die beim Brand entstehen können, immer weniger akzeptiert. Viele Staaten haben halogenierte Flammschutzmittel denn auch bereits verboten. Daher wächst auf der ganzen Welt der Bedarf nach modernen, unschädlichen Alternativen.

Obwohl die Schaumstoffproduktion mit dem neuen Flammschutzmittel bereits anläuft, werden Produkte mit EDA-DOPO noch nicht sofort in den Verkauf gelangen; aktuell läuft nämlich die Zertifizierung des Flammschutzmittels nach der europäischen Chemikalienverordnung REACH. Die hergestellten Schaumstoffproben werden gegenwärtig diversen Flammtests unterzogen, damit nach der REACH-Zertifizierung die globalen Märkte möglichst schnell mit den neuen flammhemmenden Schaumstoffen bedient werden können.

Info-Box: Wozu brauchen wir Flammschutzmittel?
PU-Schaumstoffe begegnen uns im Alltag an vielen Orten: Sie stecken in der Isolation von Hausfassaden und Kühlschränken, in Autositzen, Wohnzimmersofas und Schuhsohlen. PU besteht aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen. Die in den Poren des Schaumstoffs eingeschlossene Luft enthält ebenfalls Sauerstoff. Der Schaumstoff ist also – wie die meisten organischen Polymere – leicht brennbar und muss je nach Anforderung mit Flammschutzmitteln versehen werden, um die Feuergefahr zu senken. In den vergangenen Jahrzehnten verwendeten Schaumstoffhersteller meist chlorierte Phosphate als Flammschutzmittel, das sind preisgünstige Substanzen, die den Produktionsprozess nicht stören.

Doch viele dieser chlorierten Flammschutzmittel sind toxisch und können im Laufe der Zeit aus dem Schaumstoff ausdünsten und in die Umgebungsluft gelangen. In vielen Ländern sind diese Stoffe daher bereits verboten. Die Industrie sucht nach umweltfreundlichen und unschädlichen Alternativen. Das Geschäft ist bedeutend: Weltweit werden pro Jahr knapp 20 Millionen Tonnen PU-Schaumstoff produziert. Ein grosser Teil davon soll mit Flammschutzmitteln ausgerüstet werden.

EDA-DOPO erfüllt ökonomische und ökologische Kriterien besonders gut und erzielt die höchste Flammschutz-Klassifikation UL 94 HB. Das Flammschutzmittel verträgt sich ebenfalls gut mit dem Produktionsprozess für PU-Schaumstoffe: Es mischt sich gut mit Polyol, einem Ausgangsstoff des PU-Schaumstoffs, und bildet eine stabile Dispersion. Am Ende des Produktionsprozesses entsteht ein Schaumstoff, in dessen Poren das feste Flammschutzmittel EDA-DOPO fein verteilt ist.

Weitere Informationen:

https://www.empa.ch/web/s604/eda-dopo-flame-retardant

Rainer Klose | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

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