Development of new halogen-free and multifunctional flame retardants

I avhandlingen undersöktes nya typer av halogenfria flamskyddsmedel. De utvecklade azoalkanföreningarna skyddar polypropenplaster mot brand även i små halter och kan samtidigt förbättra plasternas övriga egenskaper. Undersökningen har medfört viktigt kunnande i övergången från effektiva men på flera sätt problematiska bromerade flamskyddsmedel mot miljövänligare alternativ. I Auberts undersökningar framkom att speciellt symmetriska cykliska azoalkaner, såsom dicyklohexylazoföreningar, uppvisar goda flamskyddande egenskaper i polypropenprodukter. Betydande flamskydd uppnåddes vid anmärkningsvärt låga koncentrationer av föreningarna (0,5-2 vikts-%) och formuleringarna klarar DIN 4102 B2-standardtestet som mäter brandsäkerheten i byggprodukter. I doktorsavhandlingen syntetiserades även en ny, innovativ radikalgenerator, bis(1-propyloxy-2,2,6,6-tetrametylpiperidyl)-4-diazen (AZONOR), som klarade av förutom det ovannämnda testet även NF P92-505- samt det mera krävande UL 94 VTM-2-standardtestet. Förutom flamskyddande verkan uppvisade denna multifunktionella förening ett utmärkt UV-skydd i polypropenplaster. Även efter 2000 timmar av föråldring i klimatkammare kunde ingen betydande minskning av flamskyddsmedlets effekt eller förvittring av polymerfilmen observeras. Konsumtionen av plastprodukter håller på att öka. För att kunna uppfylla de nutida kraven på brandsäkerhet bör man tillsätta flamskyddsmedel till de i sig mycket brandfarliga plasterna. Internationellt forskas det mycket i att finna ersättande produkter för de allmänt använda bromerade flamskyddsmedlen. I Auberts undersökning hittades välfungerande och till sina bieffekter lindrigare föreningar för att ersätta bromerade medel. De nya föreningarna har väckt stort intresse inom den akademiska och företagsvärlden.

M.Sc. Melanie Aubert tutki väitöskirjatyössään uudenlaisia halogeenittomia palonsuoja-aineita. Kehitetyt atsoalkaniyhdisteet antavat polypropeenimuoville hyvät palonsuojaominaisuudet pieninäkin pitoisuuksina ja voivat samalla parantaa muitakin materiaaliominaisuuksia. Tutkimus on tärkeä osatekijä siirryttäessä tehokkaista mutta monin tavoin ongelmallisista bromatuista palonsuoja-aineista kohti ympäristöystävällisempiä palolta suojaavia yhdisteitä. Aubertin tutkimuksissa ilmeni, että etenkin symmetriset sykliset atsoalkaanit, kuten disykloheksyyliatsoyhdisteet, antavat polypropeenituotteille hyvät palonesto-ominaisuudet. Palonestokyky saavutettiin erityisen alhaisilla pitoisuuksilla (0,5–2 paino-%), ja kokeissa yhdisteet läpäisivät rakennustuotteissa käytettävän DIN 4102-standardin mukaisen B2-paloluokituksen. Väitöskirjatyössä syntetisoitiin myös uusi, innovatiivinen radikaalinmuodostaja, bis(1-propyylioksi-2,2,6,6,-tetrametyylipiperidyyli)-4-diatseeni (AZONOR), joka läpäisi edellä mainitun polttokokeen lisäksi sekä NF P92-505- että vaativan UL 94 VTM-2 -standarditestin. Palonesto-ominaisuuden lisäksi tämä multifunktionaalinen lisäaine antaa polypropeenille erinomaisen UV-suojan. Edes 2000 tunnin ikäännytys olosuhdekaapissa ei merkittävästi vähentänyt palonestoaineen tehoa tai polymeerikalvon visuaalisia ominaisuuksia. Muovituotteiden käyttö on voimakkaassa kasvussa. Jotta nykyaikaiset palonsuojavaatimukset täytettäisiin, pitää luonnostaan helposti syttyviin muoveihin lisätä palonestoaineita. Nykyään yleisessä käytössä olevat tehokkaat bromatut palonsuoja-aineet ovat ongelmallisia valonkestävyyden ja korroosion kannalta, ja niihin on liitetty myös terveys- ja ympäristöhuolia. Bromattujen palonestoaineiden korvaaminen vaihtoehtoisilla yhdisteillä on kansainvälisesti erittäin ajankohtainen tutkimusalue. Aubertin tutkimuksissa on löydetty toimivia ja muilta vaikutuksiltaan suotuisempia yhdisteitä bromattuja aineita korvaamaan. Nämä uudet yhdisteet ovatkin herättäneet suurta mielenkiintoa sekä akateemisessa että yritysmaailmassa.