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Hyperbranched phosphorus flame retardants: multifunctional additives for epoxy resins

  • We successfully synthesized multifunctional P-based hyperbranched polymeric flame retardants (hb-FRs) with varying oxygen-to-nitrogen (O : N) content and characterized them via 1H and 31P NMR and GPC. Their miscibility in epoxy resins (EP) and impact on glass-transition temperatures (Tg) were determined via differential scanning calorimetry (DSC). Using thermogravimetric and evolved gas Analysis (TGA, TG-FTIR), pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC-MS), hot stage FTIR, flammability tests UL-94 and LOI, fire testing via cone calorimetry, residue analysis via scanning electron microscopy (SEM) and elemental analysis, detailed decomposition mechanisms and modes of action are proposed. hb-polymeric FRs have improved miscibility and thermal stability, leading to high FR performance even at low loadings. Polymeric, complex FRs increase flame retardancy, mitigate negative effects of low molecular weight variants, and can compete with commercial aromatic FRs. The resultsWe successfully synthesized multifunctional P-based hyperbranched polymeric flame retardants (hb-FRs) with varying oxygen-to-nitrogen (O : N) content and characterized them via 1H and 31P NMR and GPC. Their miscibility in epoxy resins (EP) and impact on glass-transition temperatures (Tg) were determined via differential scanning calorimetry (DSC). Using thermogravimetric and evolved gas Analysis (TGA, TG-FTIR), pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC-MS), hot stage FTIR, flammability tests UL-94 and LOI, fire testing via cone calorimetry, residue analysis via scanning electron microscopy (SEM) and elemental analysis, detailed decomposition mechanisms and modes of action are proposed. hb-polymeric FRs have improved miscibility and thermal stability, leading to high FR performance even at low loadings. Polymeric, complex FRs increase flame retardancy, mitigate negative effects of low molecular weight variants, and can compete with commercial aromatic FRs. The results illustrate the role played by the chemical structure in flame retardancy and highlight the potential of hb-FRs as multifunctional additives.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Alexander Battig, J. C. Markwart, F. R. Wurm, Bernhard SchartelORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Polymer Chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:RSC
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:31
Erste Seite:4346
Letzte Seite:4358
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Flame retardant; Hyperbranched
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Fire Science
DOI:10.1039/c9py00737g
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-486589
ISSN:1759-9962
ISSN:1759-9954
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:09.08.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:26.08.2019
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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