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Organisationseinheit der BAM
Flame retardants (FR) are inevitable additives to many plastics. Halogenated organics are effective FRs but are controversially discussed due to the release of toxic gases during a fire or their persistence if landfilled. Phosphorus-containing compounds are effective alternatives to halogenated FRs and have potential lower toxicity and degradability. In addition, nitrogencontaining additives were reported to induce synergistic effects with phosphorus-based FRs. However, no systematic study of the gradual variation on a single phosphorus FR containing both P−O and P−N moieties and their comparison to the respective blends of phosphates and phosphoramides was reported. This study developed general design principles for P−O- and P−N-based FRs and will help to design effective FRs for various polymers. We synthesized a library of phosphorus FRs that only differ in their P-binding pattern from each other and studied their decomposition mechanism in epoxy resins. Systematic control over the decomposition pathways of phosphate (PO(OR)3), phosphoramidate (PO(OR)2(NHR)), phosphorodiamidate (PO(OR)(NHR)2), phosphoramide (PO(NHR)3), and their blends was identified, for example, by reducing cis-elimination and the formation of P−N-rich char with increasing nitrogen content in the P-binding sphere. Our FR epoxy resins can compete with commercial FRs in most cases, but we proved that the blending of esters and amides outperformed the single molecule amidates/diamidates due to distinctively different decomposition mechanisms acting synergistically when blended.
Das vorgestellte Projekt beschäftigt sich mit den optischen, thermophysikalischen und mechanischen Materialeigenschaften von additiv gefertigten Kunststoffteilen und deren Alterung. Dazu wurden mittels Fused Layer Modeling (FLM) Probekörper aus ABS hergestellt, die anschließend für drei Monate einer künstlichen Bewitterung unterzogen wurden. Die dabei erzeugte definierte Alterung wurde nach drei Zeitabschnitten jeweils mit zerstörungsfreien Methoden charakterisiert. Dabei wurde neben den spektroskopischen Standardmethoden auch die aktive Thermografie eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich mittels der Thermografie sowohl chemische Veränderungen als auch mechanische Schädigungen (Fehlstellen) darstellen lassen. Die Bewitterung beeinflusst die Teiltransparenz der Proben zumindest im sichtbaren Spektralbereich, was bei der Charakterisierung der Fehlstellen, die mittels optisch angeregter aktiver Thermografie detektiert wurden, berücksichtigt werden muss.
Additively manufactured test specimens made of polyamide 12 (PA 12) by Laser Sintering as well as of acrylonitrile butadiene styrene (ABS) by Fused Layer Modelling, were characterised with active thermography directly after manufacturing and after artificial weathering. For this, two different excitation methods (flash and pulse heating) were used and compared, regarding their suitability for the detection of constructed and imprinted defects inside the test specimens. To increase the quality of the thermograms, data processing methods like thermal signal reconstruction (TSR) and Fourier Transformation after TSR were applied. To further investigate the long-term stability of the additively manufactured test specimens towards environmental stress, like UV radiation, heat, humidity, water contact and frost with active thermography, an artificial weathering test over 2000 hours (~3 months) was applied to the specimens. The monitoring of the changes in the optical properties of the weathered plastics was supplemented by spectral reflectance and UV/VIS spectroscopy.
Additiv gefertigte Prüfkörper aus Polyamid 12 (Laser Sinter Verfahren) und Acrylnitril-Butadien-Styrol (Fused Layer Modeling Verfahren) wurden über 2000 Stunden künstlich bewittert und ihr Alterungsverhalten untersucht. Die Ergebnisse wurden anschließend mit denen von Prüfkörpern verglichen, welche auf dieselbe Weise künstlich bewittert, aber mittels konventionellem KunststoffSpritzguss hergestellt wurden.