Mineralischer Flammschutz in der Anwendung
Mineralischer Flammschutz mit Aluminiumhydroxid (ATH) oder Magnesiumhydroxid (MDH) wird einer Rezeptur in der Regel in hohen Anteilen zugesetzt. Wie viel davon eine Anwendung verträgt, entscheidet sich in ihrer Verarbeitung, zum Beispiel bei der Extrusion einer halogenfreien Kabelummantelung auf EVA-Basis. Eine hydrophobe Oberflächenbeschichtung von ATH oder MDH kann die Viskosität der gefüllten Masse beeinflussen, und zwar je nach Branche auf unterschiedliche Weise.
Warum Kunststoffen ATH oder MDH zugesetzt wird
Mineralischer Flammschutz verzögert Brandentstehung und Brandausbreitung
Viele Kunststoffe bauen auf einem Grundgerüst aus Kohlenwasserstoffen auf und entflammen deshalb leicht. ATH und MDH werden ihnen zugesetzt, damit ein Brand später entsteht und sich langsamer ausbreitet. Ein so ausgerüstetes Produkt kann die Ausbreitung eines Brandes weniger fördern, und die freigesetzte Wärmemenge und die Rauchgasdichte können sinken. Flucht- und Rettungswege können dadurch länger nutzbar bleiben.
Die Wirkung geht vom Wasser aus, das im Kristall beider Hydroxide gebunden ist und rund ein Drittel ihrer Masse ausmacht. Oberhalb von ca. 200 °C setzt ATH dieses Wasser frei, MDH oberhalb von ca. 300 °C. Weil die Zersetzung endotherm verläuft, nimmt sie dem Brand Wärme, und der Kunststoff zersetzt sich thermisch langsamer. Der Wasserdampf verdünnt die brennbaren Gase und drängt Sauerstoff aus dem Brandbereich zurück. Als Rückstand bleiben Metalloxide, die als Schutzschicht den Wärmeeintrag und den Sauerstoffzutritt behindern.
Die mineralischen Flammschutzmittel der Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG sind alle halogenfrei. Aus ATH und MDH selbst entstehen im Brandfall weder toxische noch korrosive Gase. Für das fertige Produkt entscheiden sämtliche Rezepturbestandteile darüber, ob es insgesamt als halogenfrei gilt.
Hinzu kommt, dass ATH und MDH umweltneutral sind. Selbst der Rückstand aus Metalloxiden, der nach einem Brand im Produkt verbleibt, ist unbedenklich.
Die Wirkung geht vom Wasser aus, das im Kristall beider Hydroxide gebunden ist und rund ein Drittel ihrer Masse ausmacht. Oberhalb von ca. 200 °C setzt ATH dieses Wasser frei, MDH oberhalb von ca. 300 °C. Weil die Zersetzung endotherm verläuft, nimmt sie dem Brand Wärme, und der Kunststoff zersetzt sich thermisch langsamer. Der Wasserdampf verdünnt die brennbaren Gase und drängt Sauerstoff aus dem Brandbereich zurück. Als Rückstand bleiben Metalloxide, die als Schutzschicht den Wärmeeintrag und den Sauerstoffzutritt behindern.
Die mineralischen Flammschutzmittel der Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG sind alle halogenfrei. Aus ATH und MDH selbst entstehen im Brandfall weder toxische noch korrosive Gase. Für das fertige Produkt entscheiden sämtliche Rezepturbestandteile darüber, ob es insgesamt als halogenfrei gilt.
Hinzu kommt, dass ATH und MDH umweltneutral sind. Selbst der Rückstand aus Metalloxiden, der nach einem Brand im Produkt verbleibt, ist unbedenklich.
Einsatzbereiche
Einsatzbereiche von ATH und MDH reichen vom Kabel bis zum Elektronikgehäuse
Typische Anwendungen nach Einsatzfeld geordnet
| Einsatzfeld | Typische Anwendungen |
|---|---|
| Kabel und Leitungen | Energie- und Installationskabel, Datenkabel, Automotive-Leitungen |
| Bauprodukte | Profile, Bauplatten, Kabelkanäle |
| Technische Compounds | Elektronikgehäuse, Automotive-Anwendungen, Elastomerartikel |
Bei der Extrusion einer halogenfreien Kabelummantelung auf EVA-Basis beeinflussen unter anderem der Füllgrad und die Oberflächenbeschichtung des Minerals, wie sich die gefüllte Schmelze verarbeiten lässt. Für Füll- und Mantelmischungen von Kabeln sind mehrere feine ALFRIMAL®-Typen und ALFRIMAL® MG vorgesehen; die Zuordnung zeigt die Typenübersicht im Abschnitt Produktlinien.
In Bauprodukten wie Profilen, Bauplatten und Kabelkanälen und in technischen Produkten wie Elektronikgehäusen und Elastomerartikeln übernehmen ATH und MDH dieselbe Brandschutzfunktion. Wie sich eine Beschichtung dort auf die Verarbeitung auswirkt, hängt unter anderem vom Verfahren und von der Anwendung ab.
In Bauprodukten wie Profilen, Bauplatten und Kabelkanälen und in technischen Produkten wie Elektronikgehäusen und Elastomerartikeln übernehmen ATH und MDH dieselbe Brandschutzfunktion. Wie sich eine Beschichtung dort auf die Verarbeitung auswirkt, hängt unter anderem vom Verfahren und von der Anwendung ab.
Oberflächenmodifizierung
Eine hydrophobe Beschichtung kann das Fließverhalten hochgefüllter Massen verändern
Oberflächenmodifizierung von ATH und MDH und ihre Wirkung in der Verarbeitung
ATH und MDH sind Füllstoff und Flammschutzmittel zugleich: Sie können Volumen in die Rezeptur tragen, können Steifigkeit und Oberfläche beeinflussen und übernehmen daneben die Brandschutzfunktion. Da ihre Wirkung von der eingesetzten Menge abhängt, sind hohe Füllgrade die Regel. Steigt der Füllgrad, erhöhen sich Viskosität und Dichte; auch die Zähigkeit der Masse im Verarbeitungsprozess nimmt zu. Feinere Typen vergrößern die spezifische Oberfläche und verstärken den Viskositätsanstieg, gröbere Fraktionen packen dichter und erleichtern die Verarbeitung, mindern aber die Oberflächenqualität. Oberflächenmodifizierte, feinere Typen können die Benetzung durch das Polymer verbessern und höhere Beladungen bei gleicher Verarbeitbarkeit erlauben. Die Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG berät Sie bei der Testung in den Rezepturen gerne. Gemeinsam mit Ihnen klären wir dabei, ob für Ihre Anwendung ein beschichteter oder ein unbeschichteter Typ und welche Feinheit infrage kommen.
Unbehandeltes ATH und MDH besitzt eine hydrophile Oberfläche, die unpolare Kunststoffe in der Regel schlechter benetzen. Eine hydrophobe Beschichtung kann Benetzung und Dispergierbarkeit im Kunststoff verbessern, sodass sich die Rezeptur höher füllen lässt. Wie stark sich das in der Viskosität zeigt, hängt unter anderem von der Anwendung ab.
Unbehandeltes ATH und MDH besitzt eine hydrophile Oberfläche, die unpolare Kunststoffe in der Regel schlechter benetzen. Eine hydrophobe Beschichtung kann Benetzung und Dispergierbarkeit im Kunststoff verbessern, sodass sich die Rezeptur höher füllen lässt. Wie stark sich das in der Viskosität zeigt, hängt unter anderem von der Anwendung ab.
| Rheologischer Parameter | Unbehandeltes ATH oder MDH | Hydrophobiertes ATH oder MDH |
|---|---|---|
| Wechselwirkung der Partikel | starke Anziehung zwischen den Partikeln über Wasserstoffbrücken | sterische Hinderung, geringe Agglomeration |
| Viskosität bei hohem Füllgrad | sehr hoch, strukturviskos bis pastös | moderat und kontrollierbar, annähernd newtonsches bis leicht strukturviskoses Fließen |
| Fließgrenze | ausgeprägt, zum Fließen sind hohe Scherkräfte nötig | gering bis nicht vorhanden |
| Maximaler Füllgrad | niedrig, die kritische Pigmentvolumenkonzentration ist schnell erreicht | höher |
Die Tabelle zeigt Tendenzen. Wie deutlich sie auftreten, hängt unter anderem von Ihrer Anwendung und Rezeptur ab.
In der Extrusion von EVA, PE und PP
In Thermoplasten wie EVA, PE und PP kann die Beschichtung die Schmelzeviskosität senken. Bei der Extrusion einer halogenfreien Kabelummantelung auf EVA-Basis kann das den Düsendruck verringern und dem Schmelzebruch entgegenwirken, der als Shark-Skin auf der Manteloberfläche sichtbar wird. Zugleich können höhere Durchsätze bei niedrigeren Verarbeitungstemperaturen möglich werden.
In Farben und Lacken
Bei Farben und Lacken kann die Beschichtung der Bildung stark thixotroper Strukturen entgegenwirken. Mit hydrophobiertem ATH oder MDH lassen sich High-Solid-Systeme einstellen, die trotz hohem Füllstoffgehalt spritz-, roll- und streichfähig bleiben können. Im Gebinde kann sich außerdem die Sedimentationsstabilität verbessern.
In Dämmstoffen aus Polyurethan-Schaum
Für Polyurethan-Schäume wird der Füllstoff in flüssigen Reaktivkomponenten wie Polyolen suspendiert und muss dort homogen verteilt sein. Bleibt die Viskosität der Suspension niedrig, lässt sie sich im Mischkopf fein verteilt dosieren. Das kann zu einer gleichmäßigen Zellstruktur und zu konstanten Dämmeigenschaften des fertigen Schaums beitragen.
In pastösen Dichtstoffen
Pastöse Dichtstoffe können durch die Funktionalisierung der Mineraloberfläche eine kontrollierbare Grundviskosität erhalten. Rheologieadditive lassen sich dann genauer dosieren, sodass die Standfestigkeit in der Bau- oder Automobilfuge unabhängig vom Flammschutzmittel eingestellt werden kann.
In Struktur- und Schmelzklebstoffen
In Struktur- und Schmelzklebstoffen kann die Beschichtung einem frühzeitigen Verblocken beim Fügen entgegenwirken. Bleibt das viskoelastische Fließverhalten erhalten, sind dünne, agglomeratfreie Klebspalte und hohe Adhäsionskräfte erreichbar.
Technische Produktempfehlung anfordern
Teilen Sie uns Ihre Anwendung mit - wir prüfen die passende Qualität und Produktfamilie aus unserem Portfolio und begleiten Sie bei der Erstbemusterung.
Auswahl
Welcher Typ zu Ihrer Anwendung passt, zeigt das Produkt im Zielsystem
Kurzfassung der Auswahl für beschichtete und unbeschichtete Typen
Ob ATH oder MDH die passende Basis ist, entscheidet sich unter anderem am Prozessfenster, am erreichbaren Füllgrad und an den optischen und mechanischen Anforderungen des Produktes. Den Vergleich beider Stoffe und die Kriterien für die Wahl der Wirkstoffbasis finden Sie auf der Seite zum Unterschied zwischen ATH und MDH. Das Flammschutzmittel liefert das Wirkprinzip, das Brandverhalten entsteht erst im Zusammenspiel mit Matrix, Füllgrad und Produktgeometrie. Beurteilt wird deshalb am Produkt im Zielsystem. Bei der Kabelummantelung auf EVA-Basis zeigt erst der Versuch mit Ihrer Mischung, ob ein beschichteter Typ die Extrusion erleichtert und die geforderte Brandschutzprüfung besteht.
Produktlinien
Beschichtete Typen gibt es in beiden ALFRIMAL®-Linien
Zuordnung von Wirkstoffbasis und Oberflächenausführung
ALFRIMAL® ist unsere Linie auf Basis von Aluminiumhydroxid. Innerhalb der Linie variiert unter anderem die Oberflächenbehandlung. Zu den beschichteten Typen gehört ALFRIMAL® 549 XS HS mit hydrophober Spezialbeschichtung. Dieses hochweiße, halogenfreie ATH kann die Viskosität senken und ist für medienbeständige Mineralwerkstoffoberflächen vorgesehen.
ALFRIMAL® MG beruht auf Magnesiumhydroxid und ist mit und ohne hydrophobe Oberflächenbeschichtung erhältlich. Die Linie kommt für Verarbeitungstemperaturen infrage, bei denen ATH bereits Wasser abspalten würde. Typen und Feinheiten stehen auf der Produktseite zu ALFRIMAL® MG mit und ohne Beschichtung.
ALFRIMAL® MG beruht auf Magnesiumhydroxid und ist mit und ohne hydrophobe Oberflächenbeschichtung erhältlich. Die Linie kommt für Verarbeitungstemperaturen infrage, bei denen ATH bereits Wasser abspalten würde. Typen und Feinheiten stehen auf der Produktseite zu ALFRIMAL® MG mit und ohne Beschichtung.
ALFRIMAL®-Typen im Überblick
| Typengruppe | Typen | Mittlere Korngröße d₅₀ | Weißgrad Ry | Vorgesehene Einsatzbereiche |
|---|---|---|---|---|
| ALFRIMAL® Finest | 104, 105, 106 | 4 µm, 3 µm, 2 µm | 97, 97, 98 | Füll- und Mantelmischungen für Kabel, Gummiartikel, Elastomerschäume, Solid Surface zusammen mit anderen ATH-Typen |
| ALFRIMAL® 104 HS, 106 HS | 104 HS, 106 HS | 4 µm, 2 µm | weiß, ohne Ry-Angabe | Füll- und spezielle Mantelmischungen für Kabel, Gummiartikel, Elastomerschäume und Duroplaste |
| ALFRIMAL® 506 P, 509 P | 506 P, 509 P | 1,4 µm, 1,3 µm | 98, 97 | Füll- und Mantelmischungen für Kabel, Gummiartikel, Elastomerschäume |
| ALFRIMAL® 440 S bis 449 S | 440 S, 443, 444 S, 446, 447 S, 448, 449, 449 S | 6 bis 18 µm | 94 bis 97 | Kunststoffe, Gummi, Harze für Schäume, Isolierungen, Dichtstoffe und Beschichtungen, Farben und Lacke, Boden- und Straßenmarkierungen, UP-Harze |
| ALFRIMAL® XS | 547 XS, 549 XS, 549 XS HS | 15 µm, 20 µm, 20 µm | 97, 96, 96 | Solid Surface für Wandverkleidungen, Regale, Arbeitsplatten, Heizkörperverkleidungen und Fensterbänke |
| ALFRIMAL® MG | MG 2, MG-H 2, MG 4, MG-H 4, MG 8 | 2 µm, 2 µm, 4 µm, 4 µm, 8 µm | 94, 94, 93, 93, 95 | Mantelmischungen für Kabel, Elastomere und TPE, Isolierkunststoffe für weiße Produkte, Dachbahnen |
d₅₀ und Weißgrad sind Durchschnittswerte ohne Rechtsverbindlichkeit; die Einsatzbereiche sind nicht abschließend.
Weitere ATH-Typen wie ALFRIMAL® 501 X, 802 und 849 S finden Sie auf der Produktseite Aluminiumhydroxid-Flammschutzmittel, die MDH-Typen auf der Produktseite Magnesiumhydroxid-Flammschutzmittel. Welcher Typ für Ihre Rezeptur infrage kommt, lässt sich aus der Tabelle allein nicht ablesen, weil jede Rezeptur anders ist.
Technische Beratung
Wir begleiten die Testung von ATH und MDH in Ihrer Rezeptur
Technische Beratung und Muster für Ihre Versuche
Schildern Sie uns in der technischen Beratung grob Matrix, Verarbeitungsverfahren und Zielanforderung. Gemeinsam grenzen wir daraufhin die infrage kommenden Typen ein und stellen Muster für Ihre eigenen Versuche bereit. Für eine Kabelummantelung auf EVA-Basis gehören zu diesen Angaben unter anderem der bisher eingesetzte Füllstoff, die Temperaturen im Extruder und die geforderte Brandschutzprüfung. Neben unseren Typen kommen dabei auch Tailormade Solutions infrage. Versuche mit Ihrer Rezeptur laufen in Ihrem Labor, abgestimmt mit unserem Labor, in dem wir die Typen selbst untersuchen.
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