Flammschutzmittel auf Basis von ATH und MDH
Flammschutzmittel auf Basis von Aluminiumhydroxid (ATH) und Magnesiumhydroxid (MDH) spalten in der Hitze kristallgebundenes Wasser ab, und die Temperatur, bei der das beginnt, unterscheidet beide Stoffe. Deshalb steht am Anfang jeder Auswahl die Frage, welche Temperatur Ihre Verarbeitung erreicht. Erreicht der Prozess wie bei PP Temperaturen, bei denen ATH schon Wasser abgeben würde, kommt MDH in Betracht.
Einordnung
ATH oder MDH als Flammschutzmittel einordnen
Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid im Portfolio von Alpha Calcit
Die Flammschutzmittel von Alpha Calcit beruhen auf zwei mineralischen Hydroxiden, dem Aluminiumhydroxid mit der Formel Al(OH)₃ und dem Magnesiumhydroxid mit der Formel Mg(OH)₂. Die Kurzformen ATH und MDH leiten sich von den Bezeichnungen Aluminiumtrihydroxid und Magnesiumdihydroxid ab. Unter der Marke ALFRIMAL® führen wir ATH, unter ALFRIMAL® MG das MDH. Beide Wirkstoffe arbeiten auf physikalischem Weg, indem sie Wasser abgeben, sobald der Werkstoff eine bestimmte Temperatur überschreitet.
Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid der Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG enthalten kein Halogen. Neben der Brandschutzfunktion können ATH und MDH als Füllstoff Volumen in die Rezeptur tragen und Steifigkeit und Oberfläche beeinflussen. Beide Linien führen wir in mehreren Feinheiten und Oberflächenausführungen.
Aluminiumhydroxid und Magnesiumhydroxid der Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG enthalten kein Halogen. Neben der Brandschutzfunktion können ATH und MDH als Füllstoff Volumen in die Rezeptur tragen und Steifigkeit und Oberfläche beeinflussen. Beide Linien führen wir in mehreren Feinheiten und Oberflächenausführungen.
Wirkprinzip
Bei welcher Temperatur ATH und MDH im Brand Wasser abgeben
Drei Phasen des Brandverlaufs bei zwei verschiedenen Zersetzungstemperaturen
Beide Hydroxide tragen in ihrem Kristallgitter Wasser, jeweils rund ein Drittel ihrer Masse. Aluminiumhydroxid beginnt ab ca. 200 °C, dieses Wasser abzuspalten; Magnesiumhydroxid hält es bis ca. 300 °C und gibt es erst ab dort ab. Wann das kristallgebundene Wasser frei wird, bestimmt das Temperaturfenster, in dem sich der Werkstoff befindet. ALFRIMAL® und ALFRIMAL® MG haben ein enges Zersetzungsintervall, sie geben ihr Wasser also innerhalb eines schmalen Temperaturbereichs ab.
Der Ablauf im Brandfall lässt sich in drei Phasen einteilen. Die physikalischen Vorgänge darin laufen unabhängig von der Anwendung ab, in der ATH oder MDH eingesetzt wird.
Erwärmung bis zur Zersetzungstemperatur
Solange die Temperatur im Werkstoff unter der Zersetzungstemperatur des jeweiligen Hydroxids bleibt, bleibt das Wasser im Kristall gebunden. Dieselbe Schwelle gilt bereits während der Herstellung Ihres Produkts. In der PP-Verarbeitung beispielsweise würde ATH schon Wasser verlieren, bevor das Produkt fertig ist; für MDH liegt die Schwelle höher.
Zersetzung mit Wasserabgabe
Überschreitet der Brand die Zersetzungstemperatur, spaltet das Hydroxid sein Wasser ab. Diese Zersetzung verbraucht Energie, entzieht dem Brand damit Wärme und verlangsamt die thermische Zersetzung. Der entstehende Wasserdampf senkt die Konzentration brennbarer Gase und verdrängt Sauerstoff aus dem Brandbereich.
Oxidrückstand als Barriere
Nach der Wasserabgabe bleiben Metalloxide zurück. Sie bilden auf der Oberfläche eine Schicht, die den Wärmeeintrag in den darunterliegenden Werkstoff und den Zutritt von Sauerstoff behindert.
Stoffvergleich
Was Aluminiumhydroxid von Magnesiumhydroxid unterscheidet
Belegte Eigenschaften beider Wirkstoffbasen Zeile für Zeile
| Eigenschaft | Aluminiumhydroxid (ATH) | Magnesiumhydroxid (MDH) |
|---|---|---|
| Chemische Formel | Al(OH)₃ | Mg(OH)₂ |
| Marke bei Alpha Calcit | ALFRIMAL® | ALFRIMAL® MG |
| Beginn der Wasserabgabe | ab ca. 200 °C | ab ca. 300 °C |
| Gebundenes Wasser | rund ein Drittel der Masse | rund ein Drittel der Masse |
| Thermische Stabilität | bis ca. 200 °C | höher als bei ATH |
| Oberflächencharakter | amphoter | basisch |
| Viskosität und Fließverhalten | abhängig von Rezeptur und Anwendung | abhängig von Rezeptur und Anwendung |
| Brandgase und Rauch | halogenfrei, es entstehen keine toxischen Gase | halogenfrei, es entstehen keine toxischen Gase |
| Mittlere Korngröße d₅₀ | 1,3 bis 20 µm, je nach Typ | 2 bis 8 µm, je nach Typ |
| Weißgrad Ry | 94 bis 98, je nach Typ | 93 bis 95, je nach Typ |
| Ausführungen | Typen mit unterschiedlicher Korngröße und Oberflächenbehandlung, darunter zwei gefällte Typen | mit und ohne hydrophobe Oberflächenbeschichtung und verschiedene Korngrößen |
d₅₀ und Weißgrad sind Durchschnittswerte ohne Rechtsverbindlichkeit.
Für die Wahl zwischen beiden Stoffen ist in der Regel die Zeile zur Wasserabgabe der Ausgangspunkt, weil sie zeigt, ob das Flammschutzmittel die Temperaturen Ihrer Verarbeitung übersteht. Bei einer PP-Verarbeitung beispielsweise spricht sie für MDH. Danach kann der Oberflächencharakter mitentscheiden, wie Additive in Ihrer Rezeptur wirken und wie sich Viskosität und Fließverhalten einstellen; das zeigt sich erst im Versuch mit Ihren Rohstoffen.
Gefällte, beschichtete und unbeschichtete ALFRIMAL®-Typen im Vergleich
| Ausführung | Typen | Mittlere Korngröße d₅₀ | Weißgrad Ry | Merkmale |
|---|---|---|---|---|
| gefällt | ALFRIMAL® 506 P, 509 P | 1,4 µm bzw. 1,3 µm | 98 bzw. 97 | Sehr feinteilig; flammhemmend und rauchmindernd, ohne Farbe, Oberfläche oder Haptik des Produkts zu beeinträchtigen |
| unbeschichtet, sehr fein | ALFRIMAL® 104, 105, 106 | 4 µm, 3 µm, 2 µm | 97, 97, 98 | Alternative zu fein gefälltem ATH; breites Anwendungsspektrum |
| hydrophob oberflächenbehandelt | ALFRIMAL® 104 HS, 106 HS | 4 µm bzw. 2 µm | weiß, ohne Ry-Angabe | Wasserabweisende Oberfläche; für Rezepturen, in denen hydrophobe Wechselwirkungen mit der Matrix gefragt sind |
Alle drei Ausführungen sind für Kabelmischungen, Gummiartikel und Elastomerschäume vorgesehen. Unter ihnen haben die gefällten Typen die geringste mittlere Korngröße. Oberflächenbehandelte Typen können sich anbieten, wenn das Mineral in einer eher unpolaren Rezeptur besser benetzt werden soll. In Solid Surface lassen sich die sehr feinen unbeschichteten Typen außerdem zusammen mit anderen ATH-Typen einsetzen. Welche Ausführung zu Ihrer Mischung passt, zeigt der gemeinsame Versuch mit Mustern.
Einsatz
Wann halogenfreier Flammschutz mit ATH oder MDH infrage kommt
Anwendung und angestrebte Brandschutzklasse als Ausgangspunkt
Ob Ihr Produkt halogenfreien mineralischen Flammschutz braucht oder ob ein mineralischer Füllstoff ausreicht, hängt unter anderem von der Anwendung ab und von der Brandschutzklasse, die Sie erreichen möchten. Verschiedene Anwendungen verhalten sich im Brandfall unterschiedlich und unterliegen unter Umständen auch unterschiedlichen Brandschutzklassen; ein Kunststoff brennt zum Beispiel eher als ein Putz. Für höhere Brandschutzklassen sollten Flammschutzmittel wie ATH oder MDH in die Rezeptur eingearbeitet werden.
Ob auch für Ihre Anwendung eine Tailormade Solution funktioniert, kann in einer technischen Beratung geklärt werden.
Vorteile von ATH und MDH im Brandschutz
Ein Vorteil von ATH und MDH liegt in ihrer halogenfreien Zusammensetzung. Aus dem Flammschutzmittel selbst werden bei einem Brand keine Halogenwasserstoffe freigesetzt. Toxische oder korrosive Gase entstehen im Brandfall nicht.
Beide Stoffe können außerdem die Rauchentwicklung stark mindern. ATH und MDH sind umweltneutral, und auch die Oxidschicht, die nach einem Brand zurückbleibt, ist unbedenklich.
Was der Füllgrad für Ihre Rezeptur bedeutet
Die Wirkung beider Hydroxide ist mengenabhängig, hohe Füllgrade sind deshalb die Regel. Wie hoch der Füllgrad in Ihrer Rezeptur sein muss, richtet sich unter anderem nach der Anwendung, nach dem geforderten Ergebnis der Brandschutzprüfung, nach der gewünschten Verarbeitbarkeit und nach der Oberflächenbeschaffenheit, die Ihr Endprodukt haben soll. Einen allgemeinen Füllgradbereich nennen wir nicht, weil die mögliche Füllung von Ihrer Rezeptur abhängt. Mit steigendem Füllgrad nehmen Viskosität und Dichte zu, und die Masse wird in der Verarbeitung zäher. Wie sich ein höherer Anteil auf Ihren Prozess auswirkt, zeigt deshalb erst der Versuch mit Mustern, den wir mit Ihnen abstimmen.
Situationen, in denen ATH naheliegt
Bleibt Ihre Verarbeitung unterhalb des Temperaturfensters, in dem Aluminiumhydroxid sein Wasser abspaltet, steht ATH als Wirkstoffbasis zur Verfügung. Gebraucht wird es vor allem in der Kabel-, Gummi- und Thermoplastindustrie. ATH kann flammhemmend wirken, ohne Farbe, Oberfläche oder Griffigkeit des Produkts zu beeinträchtigen. Innerhalb der Linie ALFRIMAL® sind die sehr feinen Typen vor allem für Kabelmischungen vorgesehen, die gröberen unter anderem für Harze, Farben, Beschichtungen und Mineralwerkstoffe. Die ALFRIMAL®-Typen wirken dabei unabhängig vom pH-Wert. Wie ATH mit den Additiven Ihrer Rezeptur zusammenwirkt, klären wir gemeinsam mit Ihnen im Versuch.
Situationen, in denen MDH naheliegt
Die PP-Verarbeitung ist das typische Beispiel für MDH, denn ATH würde dort bereits Wasser abspalten, während ALFRIMAL® MG sein Wasser erst ab ca. 300 °C freigibt. Vorgesehen ist ALFRIMAL® MG unter anderem für Mantelmischungen von Kabeln, Elastomere und TPE, Isolierkunststoffe für weiße Produkte und Dachbahnen. Ob eine Ausführung mit oder ohne hydrophobe Beschichtung passt, klären wir anhand Ihrer Anwendung.
Auswahl
Kriterien für die Wahl zwischen ATH und MDH
Parameter, die Ihre Vorauswahl eingrenzen
Ein Flammschutzmittel, dessen Wasserabspaltung unterhalb der Verarbeitungstemperatur einsetzt, verliert seine Wirkung, bevor das Produkt fertig ist. Das kann auch im Verarbeitungsprozess zu Ausschuss oder einer fehlerhaften Oberfläche führen. Prüfen Sie deshalb zuerst, welche Temperatur Ihr Prozess im Mischer oder Extruder erreicht; für die PP-Verarbeitung beispielsweise führt diese Prüfung zu MDH. Die übrigen Zeilen der Tabelle grenzen ein, welcher Typ innerhalb der gewählten Wirkstoffbasis zu Ihrer Rezeptur passen könnte.
| Parameter | Technische Bedeutung | Folge für die Auswahl |
|---|---|---|
| Verarbeitungstemperatur des Prozesses | Oberhalb der Zersetzungstemperatur beginnt die Wasserabspaltung bereits im Mischer oder Extruder | Bestimmt die Vorauswahl zwischen ATH und MDH |
| Wirkstoffbasis | Legt fest, ab welcher Temperatur Wasser frei wird | ATH ab ca. 200 °C, MDH ab ca. 300 °C |
| Oberflächencharakter | ATH amphoter, MDH basisch; beeinflusst die Wechselwirkung mit Additiven | Additive der Rezeptur in die Vorauswahl einbeziehen |
| Korngrößenverteilung | Beeinflusst unter anderem Dispergierung, Oberflächenqualität und den erreichbaren Füllgrad | Feinere Typen für homogenere Oberflächen bei stärkerem Viskositätsanstieg, gröbere Typen für höhere Beladung |
| Oberflächenbehandlung | Unbehandelte Oberflächen sind hydrophil, beschichtete hydrophob | Eine hydrophobe Beschichtung kann die Dispergierbarkeit verbessern und eine höhere Füllung ermöglichen; die Wirkung ist anwendungsbezogen |
| Füllgrad | Die mineralische Wirkung ist mengenabhängig und vom Füllgrad der betreffenden Rezeptur bzw. Anwendung abhängig | Höhe richtet sich unter anderem nach Anwendung, Prüfergebnis, Verarbeitbarkeit und Oberflächenbeschaffenheit |
| Binder und weitere Rezepturbestandteile | Beeinflussen, wann und wie das Flammschutzmittel im Endprodukt wirkt | Bewertung im Zusammenspiel Ihres Labors mit dem Labor von Alpha Calcit |
Die Aufzählung ist nicht abschließend; weitere Einflussgrößen ergeben sich aus Ihrer Rezeptur und Anwendung.
Hydrophobe Beschichtung am Beispiel Solid Surface
Solid Surface, also Mineralwerkstoffe für Arbeitsplatten, Wandverkleidungen, Regale oder Fensterbänke, zeigt, was eine hydrophobe Beschichtung des ATH bewirken kann. Eine Spezialbeschichtung kann dort die Viskosität der gefüllten Harzmasse senken und zu medienbeständigen, schmutzabweisenden Oberflächen beitragen. Weil sie außerdem die Dispergierbarkeit verbessern kann, lässt sich die Masse unter Umständen höher füllen. Welcher Typ und welche Feinheit infrage kommen, lässt sich nicht allgemein beantworten, denn jede Rezeptur ist anders.
Technische Beratung
Die Entscheidung zwischen ATH und MDH in der technischen Beratung
Welche Angaben wir für die Vorauswahl brauchen
Für eine technische Beratung brauchen wir unter anderem Ihre Anwendung, grob das Verarbeitungsverfahren mit der höchsten auftretenden Temperatur, den bisher eingesetzten Füllstoff, die geforderte Brandschutzprüfung und Ihre Anforderungen an Farbe, Oberfläche und Dichte. Mit diesen Angaben legen wir gemeinsam mit Ihnen die Wirkstoffbasis fest und stellen eine individuelle Auswahl der infrage kommenden ALFRIMAL®-Typen zusammen oder prüfen, ob eine auf Ihre Anwendung abgestimmte Lösung sinnvoll ist. Dazu schicken wir Ihnen Muster, die Sie in Ihrer eigenen Rezeptur erproben. Wenn es für Ihre Anwendung sinnvoll ist, stellen wir die Muster so zusammen, dass Sie eine beschichtete und eine unbeschichtete Ausführung nebeneinander prüfen können.
Kontakt: Kontakt Vertrieb · Telefon +49 2236 8914-0 · E-Mail sales@alpha-calcit.de
Produktlinien
ALFRIMAL® für ATH, ALFRIMAL® MG für MDH
Welche Linie zu welcher Wirkstoffbasis gehört
ALFRIMAL® umfasst unsere Flammschutzmittel auf Aluminiumhydroxid-Basis. Die Typen unterscheiden sich unter anderem in Korngröße und Oberflächenbehandlung. Zu den gröberen Typen gehören solche mit optimierter Korngrößenverteilung, die hohe Füllgrade und eine bessere Verarbeitbarkeit hochgefüllter Systeme ermöglichen können. Die Übersicht finden Sie unter ALFRIMAL®-Typen auf Aluminiumhydroxid-Basis.
ALFRIMAL® MG ist die Linie auf Magnesiumhydroxid-Basis, mit und ohne hydrophobe Oberflächenbeschichtung. Sie kommt infrage, wenn Ihre Verarbeitung wie z. B. bei PP über dem Temperaturfenster von ATH liegt. Ausführungen und Typen stehen unter ALFRIMAL® MG auf der Produktseite Magnesiumhydroxid. Beide Linien bereiten wir aus kontrollierten Quellen auf.
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Was Rezepturentwickler zu ATH und MDH häufig fragen
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Weiterführende Seiten zu ATH und MDH
- ALFRIMAL®-Typen auf Aluminiumhydroxid-Basis · Typenübersicht der Linie ALFRIMAL®
- ALFRIMAL® MG auf der Produktseite Magnesiumhydroxid · Typen und Ausführungen der Linie ALFRIMAL® MG
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