Dauerhafter Schutz von Hanf und Kiefernholz durch kovalente Modifizierung mit neuartigen Bor- und Phosphor-Flammschutzmitteln

Ehrhardt, Christopher

Im Rahmen dieser Arbeit war es Ziel, weitere Benzotriazolyl-aktivierte Carbonsäuren wie 1, 2 und 4 zu synthetisieren und kovalent, vorzugsweise an Hanf und Holz, anzubinden. Dabei standen funktionelle Verbindungen im Vordergrund, die Bor oder Phosphor enthielten. Der jeweilige Erfolg der kovalenten Modifizierung war auf verschiedene Art und Weise nachzuweisen. Alle Funktionalisierung wurden erfolgreich spektroskopisch nachgewiesen. Dies erfolgte hauptsächlich über das Auftreten der Carbonylschwingung im ATR-IRSpektrum. Mit den Bor- und Phosphorverbindungen konnte ein teils sehr guter Flammschutz erreicht und mittels thermogravimetrischer Analyse nachgewiesen werden. Besonders hervorzuheben war dabei das T3P® (3), mit welchem bei dem Brandtest nach DIN 4102-1 exzellente Ergebnisse erreicht werden konnten. So ist es gelungen effektive, halogenfreie und neue Flammschutzmittel dauerhaft an Hanf und Holz anzubinden und dieses so zu schützen. Abbildung 1: Auswahl der hergestellten und verwendeten Verbindungen. Zusätzlich zu diesen gelang es die Oberflächen der verwendeten Naturmaterialien durch die kovalente Anbindung von mehreren, teils aliphatischen Derivaten wie 4 signifikant zu hydrophobisieren. Hier erwies sich das verwendete POSS®-Derivat, mit einem erreichten Kontaktwinkel von 140°, als die effektivste Verbindung. Mit den langkettigen aliphatischen Verbindungen wie 4 konnte nicht nur eine Hydrophobisierung erreicht, sondern auch hanffaserverstärktes Polypropylen hergestellt werden. Die kovalent an die Fasern gebundenen Verbindungen führten dabei zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Composite. Neben diesen ist es auch gelungen magnetische Eisenoxidnanopartikeln an Hanf, Baumwolle und verschiedene Hölzer zu koordinieren. Somit ist es in dieser Arbeit gelungen Hanf und Holz noch effektiver gegen äußere Umwelteinflüsse zu schützen, neue Eigenschaften zu erzeugen und die Anwendungsbreite dieser Materialen signifikant zu erweitern.

The main part of the work was the synthesis of benzotriazolyl activated carboxylic acids like 1, 2 and 4. These compounds were covalently bound to the natural materials hemp and wood. The covalent modification was prooven via different analytic methods. The spectroscopic proof of the successful functionalization was carried out by the occurrence of the carbonyl signal in the corresponding ATR-IR-spectra. The cleavage of the used boron- and phosphorous-compounds was confirmed by thermogravimetric analysis and led to very good results. The use of T3P® (3) led to excellent results in the fire tests confirming to DIN 4102-1. Over all, the halogen free flame retardant compounds were synthesized succesfully and covalently bond to the renewable materials. Figure 1: Some synthesized and used compounds. In addition to the fire protection, the improvement of the surface of different materials with partly aliphatic compounds like 4 was also succesfull. The surface was significantly hydrophobized and contact angles up to 140° were reached using the POSS®-derivative. This compound was the most effective one. Furthermore, hemp fibers were also modified with aliphatic compounds to produce natural fiber reinforced composites. Via the covalent bounding of organic precursors, the mechanical properties of the composites were significantly improved. It was also successful to produce natural materials like hemp, cotton and different kinds of wood with magnetic properties via the attachment of iron oxide nanoparticles to the surface. In this work it was successful to modifie hemp and wood materials, which were effectively protected against external environmental influences. Besides these materials are showing new and additional properties whichs increases their scope of application.

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Ehrhardt, Christopher: Dauerhafter Schutz von Hanf und Kiefernholz durch kovalente Modifizierung mit neuartigen Bor- und Phosphor-Flammschutzmitteln. 2019.

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