dc.contributor.author
Despinasse, Marie-Claire
dc.date.accessioned
2018-06-07T16:22:28Z
dc.date.available
2016-10-14T09:06:00.519Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/2440
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-6641
dc.description.abstract
The use of PC/ABS polymer for electrics and electronics applications such as
thin wall housings requires the addition of bromine- and chlorine- free flame
retardant additives. Phosphorus-containing systems are an adequate
alternative. Understand their mode of action in the polymer matrix is a key to
improve the flame retardancy concepts of PC/ABS. In this study the flame
retarding mechanisms of different newly commercialized oligomeric flame
retardants based on phosphorus were elucidated. The flame retardancy effect
was characterized by varying the flame retardant structures of bridged aryl
bisphosphates. The structure-property relationship between the chemical
structure and the efficiency of the flame retardant was revealed. A
phosphorus-nitrogen containing flame retardant was investigated in terms of
its mode of action in the polymer matrix, and compared with organophosphates.
Furthermore the influence of combinations of two phosphorus-containing flame
retardants were investigated at different ratios in the PC/ABS matrix and a
possible synergy quantified. The thermal decomposition behaviour of the
materials was analysed by thermogravimetry (TG). Volatile decomposition
products were identified by coupling the TG with Fourier transformed infrared
spectroscopy (IR) and-Mass Spectrometry. Interactions in the condensed phase
were monitored online by transmission-IR coupled with a hot-stage cell. The
flammability was characterized by limiting oxygen index (OI) and UL94 tests.
The burning behaviour was evaluated in the cone calorimeter under different
fire scenarios, and the resulting fire residues were analysed by Attenuated
Total Reflectance (ATR)- FTIR and by elemental analysis. In PC/ABS all of the
single flame retardants or combinations of two of them work mainly in the gas
phase and for some of them in the condensed phase. They release phosphorus
species in the gas phase and act by flame inhibition. The single flame
retardants mainly differ in their efficiency in reducing the fire risks due to
different factors: the decomposition temperature of the polymer matrix, and
especially the one of PC, the hydrolytic stability of the phosphorous groups
and the chemical environment of the phosphorous groups. These parameters
control the formation of reactive groups from the decomposing PC and the flame
retardant that induce cross-links in the condensed phase. The combination of
two phosphorus-based flame retardants at different ratios indicated a
superposition of the effect in the case of an aryl phosphate with a
phosphorus-nitrogen containing flame retardant. A synergistic effect on the
condensed phase mechanisms was achieved in the case of two aryl phosphates.
The efficiency was then higher than with the single aryl phosphates. The
temperature of decomposition of the formed species by the reaction of the two
flame retardants is a criterion controlling the efficiency of the flame
retardant combination. New insights into the flame retardancy concepts of
PC/ABS were gained in this work. Understanding the structure-property
relationship of single flame retardant is a key parameter for further
optimization of the flame retardant materials. Moreover the use of
combinations of flame retardants in PC/ABS is an additional approach to
improve the fire properties.
de
dc.description.abstract
Die Verwendung der Kunststoffmischung Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol
PC/ABS für Anwendungen in der Elektro- und Elektronikindustrie, wie z.B für
dünnwandige Gehäuse (Laptops, Fernsehgeräte…), erforderte den Zusatz von
halogenfreien Flammschutzmittelsystemen zu PC/ABS. Phosphorhaltige
Flammschutzmittel stellen eine adäquate Alternative dar. In Wissenschaft und
Entwicklung wird weiterhin an diesen Flammschutzmitteln gearbeitet. Ziel dabei
ist ein besseres Verständnis der Wirkungsmechanismen und eine weitere
Verbesserung des Flammschutzkonzeptes für PC/ABS. In der vorliegenden Arbeit
wurden die Flammschutzmechanismen von verschiedenen neuen, kommerziellen,
phosphorbasierten Oligomer-Flammschutzmitteln aufgeklärt. Zur
Charakterisierung des Flammschutzeffekts wurden die chemischen Strukturen der
Flammschutzmittel variiert, vor allem mit verbrückten Aryldisphosphaten. Dabei
wurde die Struktur-Eigenschafts-Beziehung zwischen chemischer Struktur und die
Effizienz der Flammschutzmittel aufgedeckt. Ein Flammschutzmittel, das
Phosphor sowie Stickstoff enthält, wurde hinsichtlich seines
Wirkungsmechanismus in der Polymermatrix untersucht und mit den
Organophosphaten verglichen. Des Weiteren wurden Einfluss und Interaktion
zweier phosphorhaltiger Flammschutzmittel in Kombination und mit verschiedenen
Verhältnissen untersucht und ein möglicher synergistischer Effekt wurde
quantifiziert. Das thermische Abbauverhalten der Materialien wurde mittels
Thermogravimetrie (TG) analysiert. Um die flüchtigen, gasförmigen Produkte des
thermischen Abbaus zu bestimmen, wurde die TG mit Fourier-transformierter
Infrarotspektroskopie (IR) und Massenspektrometrie gekoppelt. Abbaureaktionen,
die in der kondensierten Phase des Materials stattfanden, wurden mittels
Transmissions-IR durch eine beheizbare Probenzelle online verfolgt. Für die
Reaktion der Materialien auf eine kleine Flamme wurden der Sauerstoffindex
(OI) und der UL94 Test herangezogen. Das Brandverhalten der Materialien wurde
im Cone Kalorimeter untersucht die daraus resultierenden Brandrückstände mit
Hilfe von abgeschwächter Totalreflexion (ATR)-FTIR und Elementaranalyse
bestimmt. Eingesetzt in PC/ABS, wirken die einzelnen Flammschutzmittel sowie
die untersuchten Kombinationen hauptsächlich in der Gasphase; einige von ihnen
zeigen auch Aktivität in der kondensierten Phase. Der Flammschutzmechanismus
beruht hier auf der Freisetzung von phosphorhaltigen Verbindungen, die durch
Flammenvergiftung wirken. Die Flammschutzmittel unterscheiden sich vor allem
in ihrer Effektivität Brandrisiken zu reduzieren. Die Kombination von zwei
phosphorbasierten Flammschutzmitteln in verschiedenen Verhältnissen zeigte
eine Überlagerung der Effekte im Fall eines Arylphosphates mit dem phosphor-
und stickstoffhaltigen Flammschutzmittel. Ein synergistischer Effekt des
Flammschutzmechanismus in der kondensierten Phase konnte für eine Mischung von
zwei Arylphosphaten beobachtet werden. Im Zuge der vorliegenden Arbeit wurden
neue Erkenntnisse über die Flammschutzkonzepte für PC/ABS gewonnen. Das
Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der einzelnen
Flammschutzmittel ist ein Schlüsselfaktor für die weitere Optimierung
flammgeschützter PC/ABS Systeme. Der Einsatz von
Flammschutzmittelkombinationen ist ein weitere Ansatz, die Brandeigenschaften
von PC/ABS zu verbessern.
de
dc.format.extent
xviii, 140 Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
flame retardancy
dc.subject
fire properties
dc.subject
acrylonitrile-butadiene-styrene
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::547 Organische Chemie
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::660 Chemische Verfahrenstechnik::661 Industriechemikalien
dc.title
Influence of flame retardant structures and combinations on the fire
properties of bisphenol A polycarbonate /acrylonitrile-butadiene-styrene
dc.contributor.contact
the_titmouche@hotmail.fr
dc.contributor.firstReferee
Priv.-Doz. Dr. rer. nat. habil. Bernhard Schartel
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. rer. nat. habil. Rainer Haag
dc.date.accepted
2016-07-14
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000103102-2
dc.title.translated
Einfluss von Flammschutzmittelstrukturen und -kombinationen auf die
Brandeigenschaften von Bisphenol A Polycarbonat/Acrylnitril-Butadien-Styrol
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000103102
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000020065
dcterms.accessRights.dnb
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open access