Wie tragen flammhemmende TPEs zur Reduzierung der Rauchtoxizität in geschlossenen Räumen wie Flugzeugen und Zügen bei?

Flammhemmende thermoplastische Elastomere (TPE) spielen eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der Rauchtoxizität in geschlossenen Räumen wie Flugzeugen und Zügen, wo Brandgefahren erhebliche Risiken für die menschliche Sicherheit darstellen. Die Reduzierung der Rauchtoxizität wird durch mehrere Mechanismen erreicht, die mit der Materialzusammensetzung, flammhemmenden Additiven und dem Verbrennungsverhalten von TPEs zusammenhängen. So leisten flammhemmende TPEs:

1. Halogenfreie Flammschutzmittel
Viele Flammhemmende TPEs Insbesondere in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt sowie dem Transportwesen werden halogenfreie Flammschutzmittel verwendet. Herkömmliche halogenierte Flammschutzmittel (z. B. solche, die Brom oder Chlor enthalten) verlangsamen die Verbrennung sehr wirksam, neigen jedoch dazu, beim Verbrennen giftige Gase wie Chlorwasserstoff (HCl) oder Bromwasserstoff (HBr) freizusetzen. Diese Gase sind beim Einatmen gesundheitsschädlich und können schwere Gesundheitsschäden, einschließlich Atemwegsschäden, verursachen.

Reduzierung giftiger Gase: Durch die Verwendung von halogenfreien Flammschutzmitteln setzen TPEs deutlich weniger giftige Dämpfe frei, wenn sie hoher Hitze oder Flammen ausgesetzt werden. Halogenfreie Systeme, beispielsweise auf Basis von Phosphor-, Stickstoff- oder mineralischen Additiven, erzeugen bei der Verbrennung weniger schädliche Nebenprodukte.

2. Geringere Rauchentwicklung
Flammhemmende TPEs sind so konstruiert, dass sie bei Feuereinwirkung insgesamt weniger Rauch erzeugen. In geschlossenen Räumen wie Flugzeugen und Zügen ist das Einatmen von Rauch eine der häufigsten Todesursachen bei Bränden. Rauch kann die Sicht behindern und Panik auslösen, und giftige Bestandteile im Rauch können die Atemwege schwer schädigen.

Mechanismus: Flammhemmende Additive in TPEs können die Menge an flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) reduzieren, die bei der Verbrennung freigesetzt werden und für dicken, schwarzen Rauch verantwortlich sind. Einige Flammschutzsysteme fördern die Verkohlungsbildung und bilden eine Schutzschicht, die den Abbau des Polymers verringert und so sowohl die Wärmeabgabe als auch die Rauchentwicklung begrenzt.

3. Inertgase und Rauchunterdrückung
Bestimmte flammhemmende Additive in TPEs, wie z. B. intumeszierende Systeme, setzen bei hohen Temperaturen Inertgase wie Stickstoff oder Wasserdampf frei. Diese Gase tragen dazu bei, die Sauerstoffkonzentration in der Nähe des brennenden Materials zu verdünnen, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit verringert und die Rauchbildung unterdrückt wird.

Mechanismus: Durch die Schaffung einer physikalischen Barriere (z. B. eine Kohleschicht) oder die Freisetzung von Inertgasen verhindern diese Flammschutzmittel die Bildung brennbarer Gase, die sowohl zur Brandausbreitung als auch zu giftigem Rauch beitragen.

4. Minimierung toxischer Nebenprodukte
Zusätzlich zu den halogenfreien Lösungen sind flammhemmende TPEs so formuliert, dass sie die Freisetzung anderer giftiger Nebenprodukte wie Kohlenmonoxid (CO) und Blausäure (HCN) begrenzen, die in geschlossenen Räumen besonders gefährlich sind. Diese giftigen Gase können bereits in kleinen Mengen tödlich sein und stellen bei Transportanwendungen ein erhebliches Problem dar.

Formulierung: Um dem entgegenzuwirken, können Flammschutzmittel in TPEs Additive enthalten, die als Brandschutzmittel wirken und außerdem die Bildung dieser schädlichen Gase bei der Verbrennung reduzieren.

5. Kohlebildung und Barriereschutz
Viele in TPEs verwendete Flammschutzsysteme wirken, indem sie die Bildung einer Verkohlungsschicht auf der Materialoberfläche fördern, wenn sie Feuer ausgesetzt werden. Diese Kohle fungiert als isolierende Barriere, die die Ausbreitung von Flammen verlangsamt und die Freisetzung brennbarer Gase begrenzt, was wiederum sowohl die Intensität des Feuers als auch die Rauchentwicklung verringert.

Barrierefunktion: Die Kohleschicht verhindert nicht nur die weitere Zersetzung des darunter liegenden Materials, sondern hemmt auch die Emission flüchtiger Verbindungen, die zur Rauchtoxizität beitragen. Dies trägt dazu bei, die Menge schädlicher Partikel zu begrenzen, die bei einem Brand in die Luft gelangen.

6. Niedrige Wärmefreisetzungsraten
Flammhemmende TPEs sind so konzipiert, dass sie im Vergleich zu nicht flammhemmenden Materialien eine geringere Wärmefreisetzungsrate (HRR) aufweisen. Eine niedrigere HRR bedeutet, dass das Material bei der Verbrennung weniger Wärme aufnimmt und abgibt, wodurch die Gesamtintensität des Feuers verringert wird.

Auswirkungen auf die Rauchtoxizität: Durch die Minimierung der Intensität des Feuers reduzieren flammhemmende TPEs auch die Menge des verbrannten Materials, was zu geringeren Mengen giftiger Gase und Partikel im Rauch führt. In engen Räumen wie Flugzeugen und Zügen, in denen die Belüftung begrenzt ist, trägt die Reduzierung der Wärmeabgabe dazu bei, die Brandausbreitung zu kontrollieren und die Menge an schädlichem Rauch zu begrenzen.

7. Einhaltung strenger Brandschutznormen
In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und dem Schienenverkehr müssen Materialien strenge Feuer-, Rauch- und Toxizitätsnormen (FST) erfüllen, wie z. B. EN 45545-2 für Züge und FAR 25.853 für Flugzeuge. Flammhemmende TPEs sind so formuliert, dass sie diesen Standards entsprechen und sicherstellen, dass sie nicht nur einer Entzündung widerstehen, sondern im Brandfall auch nur minimalen Rauch und giftige Emissionen erzeugen.

Einfluss von Standards: Diese Standards treiben die Entwicklung flammhemmender TPE-Verbindungen voran, deren Schwerpunkt auf der Reduzierung der Menge giftiger Dämpfe und der Aufrechterhaltung der Sicherheit von Passagieren in geschlossenen Umgebungen liegt. Um diese Sicherheitsvorschriften zu erfüllen, werden häufig halogenfreie Formulierungen und intumeszierende Flammschutzmittel eingesetzt.

Flammhemmende TPEs tragen erheblich zur Reduzierung der Rauchtoxizität in geschlossenen Räumen wie Flugzeugen und Zügen bei, indem sie halogenfreie Additive, Verkokungsbildung und Mechanismen zur Verringerung der Wärmefreisetzungsraten verwenden. Diese Materialien wurden entwickelt, um die Emission giftiger Gase zu begrenzen und die Rauchentwicklung zu minimieren. Daher sind sie für die Verbesserung des Brandschutzes und den Schutz der Passagiere vor den schädlichen Auswirkungen von Rauch im Brandfall unerlässlich.