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Hyperbranched Rigid Aromatic Phosphorus-Containing Flame Retardants for Epoxy Resins

  • A rigid aromatic phosphorus-containing hyperbranched flame retardant structure is synthesized from 10-(2,5 dihydroxyphenyl)-10H-9-oxa- 10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO-HQ), tris(4-hydroxyphenyl)phosphine oxide (THPPO), and 1,4-terephthaloyl chloride (TPC). The resulting poly-(DOPO-HQ/THPPO-terephthalate) (PDTT) is implemented as a flame retardant into an epoxy resin (EP) at a 10 wt% loading. The effects on EP are compared with those of the monomer DOPO-HQ and triphenylphosphine oxide (OPPh3) as low molar mass flame retardants. The glass transition temperature, thermal decomposition, flammability (reaction to small flame), and burning behavior of the thermosets are investigated using differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, pyrolysis combustion flow calorimetry, UL 94-burning chamber testing, and cone calorimeter measurements. Although P-contents are low at only 0.6 wt%, the study aims not at attaining V-0, but at presenting a proof of principle: EpoxyA rigid aromatic phosphorus-containing hyperbranched flame retardant structure is synthesized from 10-(2,5 dihydroxyphenyl)-10H-9-oxa- 10-phosphaphenanthrene-10-oxide (DOPO-HQ), tris(4-hydroxyphenyl)phosphine oxide (THPPO), and 1,4-terephthaloyl chloride (TPC). The resulting poly-(DOPO-HQ/THPPO-terephthalate) (PDTT) is implemented as a flame retardant into an epoxy resin (EP) at a 10 wt% loading. The effects on EP are compared with those of the monomer DOPO-HQ and triphenylphosphine oxide (OPPh3) as low molar mass flame retardants. The glass transition temperature, thermal decomposition, flammability (reaction to small flame), and burning behavior of the thermosets are investigated using differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, pyrolysis combustion flow calorimetry, UL 94-burning chamber testing, and cone calorimeter measurements. Although P-contents are low at only 0.6 wt%, the study aims not at attaining V-0, but at presenting a proof of principle: Epoxy resinswith PDTT show promising fire performance, exhibiting a 25% reduction in total heat evolved (THE), a 30% reduction in peak heat release rate (PHRR) due to flame inhibition (21% reduction in effective heat of combustion (EHC)), and an increase in Tg at the same time. This study indicates that rigid aromatic hyperbranched polymeric structures offer a promising route toward multifunctional flame retardancy.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Alexander Battig, Patrick Müller, Annabelle BertinORCiD, Bernhard SchartelORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Macromolecular Materials and Engineering
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.5 Technische Eigenschaften von Polymerwerkstoffen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Wiley
Jahrgang/Band:306
Ausgabe/Heft:4
Erste Seite:731
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Aromatic; DOPO; Flame retardant; Hyperbranched; Phosphine oxide; Phosphorus; Rigid; Xpoxy resin
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
Infrastruktur / Fire Science
Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1002/mame.202000731
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-525910
ISSN:1439-2054
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:06.05.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:06.05.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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