# R940 Reaktives Flammschutzmittel auf ungesättigter Acrylat-Polyurethan-Basis: Nach der Einbindung des Flammschutzmittels in das Harznetz bestehen die beiden Probleme Migration und Ausblühen nicht mehr

Faktenquelle: 锎锔-功能助剂1.10.pdf（die Seitenzahl ist die physische PDF-Seite）. Die Zitate und Daten in diesem Beitrag wurden wortgetreu aus dem Original übernommen; es wurden keine aus der Interpretation abgeleiteten Ergänzungen vorgenommen.

Bei der Flammschutzentwicklung für UV-härtende Systeme und Polyurethane ist das erste Problem häufig nicht ein unzureichender Flammschutzgrad, sondern dass das Flammschutzmittel nicht im System verbleibt.

Additive Flammschutzmittel werden durch physisches Mischen in die Formulierung eingebracht, und zwar in nicht geringen Mengen. Dieser Weg hat zwei unvermeidbare Schwachstellen: Die Flammschutzmittelmoleküle „schweben“ im Harz. Bei langfristiger Anwendung oder unter bestimmten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen migrieren sie zur Oberfläche und scheiden sich dort als Belag ab. Bei längerer Gebrauchsdauer oder nach Wärme- und Lichteinwirkung bildet sich auf der Oberfläche eine schleierartige Ausscheidungsschicht; die Transparenz nimmt ab und die Haptik verschlechtert sich ebenfalls. R940 verfolgt einen anderen Weg.

Das Handbuch nennt als erstes Produktmerkmal von R940:

„Reaktiver Flammschutz: Enthält eine Methacrylat-Doppelbindung, kann an der UV-/Radikalpolymerisation teilnehmen und wird über eine chemische Bindung in das Harznetzwerk eingebunden. Migriert nicht, scheidet sich nicht ab und blüht nicht aus. Im Vergleich zu additiven Flammschutzmitteln beeinträchtigt er die Transparenz und die mechanischen Eigenschaften weniger.“ (Quelle: 锎锔-功能助剂1.10.pdf p61)

Dadurch liegt die flammschutzgebende Komponente nicht mehr frei vor. Sie migriert nicht, scheidet sich nicht ab und blüht nicht aus; ihre Auswirkungen auf die Transparenz und die mechanischen Eigenschaften sind geringer als bei additiven Flammschutzmitteln.

Modell und Produkttyp von R940 sind nachfolgend wörtlich wiedergegeben:

„R940 ungesättigtes Acrylat-Polyurethan-Reaktivflamemschutzmittel Technical Data Sheet Modell: R940 Produkttyp: flüssiges halogenfreies reaktives Flammschutzmittel für ungesättigte Acrylat- und Polyurethansysteme mit UV-Härtung“ (Quelle: p61)

Der Abschnitt zur Produktzusammensetzung lautet:

„Gesamtphosphorgehalt ca. 10.5%; halogenfrei, erfüllt die Anforderungen von RoHS und REACH.“ (Quelle: p61)

1Reaktiver und additiver Typ: Der Unterschied liegt darin, „ob er im Netzwerk enthalten ist“

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Der Wirkmechanismus des additiven Typs beruht auf physischer Abschirmung und Kühlung durch Wärmeaufnahme: Das Flammschutzmittel zerfällt bei Erhitzung und nimmt dabei Wärme auf oder bildet an der Oberfläche eine Schutzschicht. Es wirkt, indem es „in der Formulierung verbleibt“, und es verbleibt tatsächlich auch nur dort – die Moleküle werden nicht fixiert und finden nach langer Einwirkung von Hitze, Licht und Feuchtigkeit von selbst den Weg nach draußen.

Reaktive Flammschutzmittel weisen meist eine zusätzliche reaktive Doppelbindung auf. Die Doppelbindung von R940 ist eine Methacrylsäure-Doppelbindung. Unter UV- oder Radikalinitiierung nimmt sie an der Polymerisation teil und wird direkt in das sich verhärtende Harznetzwerk eingebaut. Nach ihrer Einbindung ist sie ein Teil der Harzstruktur und nicht ein eigenständiges, vom Harz umhülltes Partikel.

Dieser Unterschied bringt drei direkte Folgen mit sich:

• keine Migration, keine Ausfällung, kein Ausblühen;
• Die Transparenz und die mechanischen Eigenschaften der Produkte werden weniger stark beeinträchtigt;
• Die Flammschutzkomponenten werden nicht leicht durch Wasser, Öl oder Lösungsmittel extrahiert und herausgetragen.

Für transparente Produkte ist der dritte Punkt besonders wichtig. Bei transparenten Klebstoffen, transparenten Beschichtungen und lichthärtenden Harzen für den 3D-Druck ist das Aussehen das Verkaufsargument, der Flammschutz die Hürde; beide dürfen einander nicht ausbremsen.

2Phosphor-Phosphor-Stickstoff-Synergie: Jede der drei Komponenten übernimmt einen Abschnitt

7Datenabbildung 7

DOPO49%HEMA40%HPCTP10%TPP0.8%MEHQ0.2%R940-Komponentengehalt (Massenanteil)1.0%2.0%3.0%4.0%1.5%3.0%Gesamtphosphor-Zielbereich des Systems (Formulierungsziel)Gesamtphosphorgehalt des Systems %Komponentengehalt 0–100%

• R940-Komponentengehalt (Massenanteil)0–100%
• Gesamtphosphor-Zielbereich des Systems (Formulierungsziel)1.5%–3.0%

Die Komponententabelle von R940 ist übersichtlich aufgestellt.

(Quelle: 锎锔-功能助剂1.10.pdf p61)

DOPO ist die Hauptkomponente; die Flammschutzwirkung wird auf zwei Wegen gleichzeitig erzielt: Flammschutz in der Gasphase und in der Kondensphase. Hexaphenoxycyclotriphosphazen ergänzt die Phosphor-Stickstoff-Synergie, verstärkt die Kohlebildung in der Kondensphase und senkt die Rauchdichte, sodass Flammschutz und Rauchunterdrückung vereint werden. HEMA liefert die aktive Doppelbindung, ermöglicht dem gesamten Molekül die Teilnahme an der Copolymerisation und verbessert zugleich die Kompatibilität. Triphenylphosphin dient als Katalysator, MEHQ als Polymerisationsinhibitor – Letzteres ist für die Lagerungsstabilität entscheidend.

Im Abschnitt zum empfohlenen Verfahren des Handbuchs steht folgende Zahlenangabe:

„Der Gesamtphosphorgehalt des empfohlenen Systems sollte bei 1.5-3.0% kontrolliert werden; damit kann die Flammschutzklasse UL94 V-0 erreicht werden.“ (Quelle: p62)

Diese Zahlenangabe ist ein Formulierungsziel und keine Produktspezifikation; die beiden dürfen nicht miteinander verwechselt werden.

3Technische Kenndaten

Technische Ken…

Position	Kennwert
Modell	R940
Produkttyp	Halogenfreies reaktives flüssiges Flammschutzmittel
Geeignete Systeme	UV-ungesättigte Acrylat- und Polyurethan-Systeme
Gesamtphosphorgehalt	ca. 10.5%
Halogen	Halogenfrei, RoHS- und REACH-konform
Aussehen	Farblose oder blassgelbe opake Flüssigkeit
Viskosität (25℃)	800-2000 mPa·s
Säurezahl	≤15 mgKOH/g
Flammpunkt (geschlossener Tiegel)	＞120℃
Löslichkeit	Mit Acrylsäuremonomeren, Polyurethanpolyolen, Estern und Ketonen mischbar; in Wasser unlöslich
Lagerstabilität	Kühl und lichtgeschützt lagern, hohe Temperaturen vermeiden, Selbstpolymerisation verhindern
Verpackung	25kg Kunststoffkanister
Haltbarkeit	6 Monate unter versiegelten Bedingungen

(Quelle: 锎锔-功能助剂1.10.pdf p61–62)

Die Unlöslichkeit in Wasser bestimmt seinen Einsatz: Er wird in organische Systeme eingebracht, nicht in die wässrige Phase. Wird das falsche System gewählt, lassen sich selbst die besten Kennwerte nicht nutzen.

4Formulierung und Verfahren

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Im Handbuch ist der erste Satz der empfohlenen Verarbeitungsweise unterstrichen:

„Da es sich um ein reaktives Flammschutzmittel handelt, muss es an der Polymerisation und Vernetzung teilnehmen; eine reine physikalische Mischung ohne Beteiligung an der Reaktion wird nicht empfohlen.“ (Quelle: p62)

UV-Acrylsystem (Lichthärtung) Die empfohlene Zugabemenge beträgt 15-30% der Gesamtmasse des Harzes. Die Anwendung ist unkompliziert: Bei Raumtemperatur mit Acrylatmonomer, Prepolymer und Photoinitiator unter Rühren gleichmäßig mischen, nach dem Entgasen mit UV-Licht härten. Der Gesamtphosphorgehalt des Systems ist bei 1.5-3.0% zu halten; damit kann UL94 V-0 erreicht werden.

Polyurethansystem (PU/PUA) Die empfohlene Zugabemenge beträgt 12-25%, bezogen auf die Polyolkomponente. Es kann direkt mit dem Polyol gemischt und anschließend mit dem Isocyanat zur Reaktion gebracht werden. Hier muss unbedingt vorab Folgendes einkalkuliert werden: R940 enthält Hydroxylgruppen und verbraucht -NCO-Gruppen, daher muss die Isocyanatmenge in der Formulierung entsprechend angepasst werden. Wenn diese Rechnung nicht berücksichtigt wird, ist das NCO/OH-Verhältnis des Systems nicht stimmig.

Im Handbuch werden in den Verarbeitungshinweisen drei Punkte aufgeführt:

„① Bei längerem Erhitzen sollte die Temperatur nicht über 120℃ liegen, um Selbstpolymerisation zu vermeiden; ② In der Formulierung sollten stark alkalische Stoffe nach Möglichkeit vermieden werden, um ein Versagen des Inhibitors und das Eintreten von Gelatinierung zu verhindern; ③ Wenn eine höhere Flammschutzklasse benötigt wird, kann es mit geringen Mengen Aluminiumhydroxid und Phosphatestern kombiniert werden.“ (Quelle: p62)

5Anwendungsbereiche

(Quelle: 锎锔-功能助剂1.10.pdf p62)

Der Abschnitt zu den anwendbaren Systemen im Handbuch enthält folgende Ergänzung: Kann in transparenten Systemen eingesetzt werden und beeinträchtigt die Lichtdurchlässigkeit der Produkte offensichtlich nicht; kann zusammen mit Photoinitiatoren und Reaktivverdünnern verwendet werden.

6Häufige Fragen

Frage: Soll ein reaktives oder ein additives Flammschutzmittel gewählt werden?

Das richtet sich nach den Anforderungen des Produkts an Langzeitstabilität und Transparenz. Wenn das Produkt langfristig keine Ausscheidungen bilden, transparent bleiben und die flammschutzenden Bestandteile nicht durch Extraktion ausgewaschen werden soll, ist der reaktive Ansatz geeigneter; wenn Kosten im Vordergrund stehen und das System nicht reaktiv in die Polymerisation eingebunden werden kann, hat auch der additive Ansatz weiterhin seine Berechtigung. Voraussetzung für R940 ist, dass die Formulierung tatsächlich einen Schritt enthält, der an einer Polymerisation beteiligt sein kann.

Frage: Warum wird für die Zusatzmenge ein Bereich angegeben?

Weil der Flammschutzgrad nicht allein durch die Zusatzmenge bestimmt wird. Der Gesamtphosphorgehalt des Systems ist die entscheidende Kennzahl; nur wenn er im Bereich 1.5-3.0% liegt, lässt sich UL94 V-0 erreichen. Bei unterschiedlichen Harzen und unterschiedlichen Verhältnissen des reaktiven Verdünners entspricht dieselbe Zusatzmenge nicht demselben Gesamtphosphorgehalt, daher wird ein Bereich statt eines Einzelwerts angegeben.

Frage: Kann R940 direkt in sämtlichen Polyurethanen eingesetzt werden?

Nein. R940 enthält Hydroxylgruppen, reagiert mit Isocyanaten und verbraucht -NCO-Gruppen; die Isocyanatmenge muss entsprechend angepasst werden. Im Handbuch ist außerdem ein Anwendungsfall ausdrücklich als untersagt aufgeführt:

„Hinweis: R940 darf nicht in additiv vernetzenden Silikonsystemen (platin-katalysiert) eingesetzt werden, da ein Toxizitätsrisiko besteht.“ (Quelle: p62)

Frage: Gibt es Besonderheiten bei der Lagerung?

In einem kühlen, belüfteten und trockenen Lager bei einer Temperatur von 5℃-30℃ aufbewahren, von Wärmequellen und direkter Sonneneinstrahlung fernhalten; Lagerung bei hohen Temperaturen und starker Sonneneinstrahlung ist streng verboten. Unter versiegelten Lagerbedingungen beträgt die Haltbarkeit 6 Monate; nach Ablauf der Haltemperatur sollte vor der Verwendung zunächst ein Kleinversuch durchgeführt und bestätigt werden, dass keine Gelbildung vorliegt und die Viskosität normal ist. Nach dem Öffnen schnellstmöglich aufbrauchen, um eine durch Luftkontakt verursachte Selbstpolymerisation zu verhindern.

Frage: Was ist zu tun, um einen höheren Flammschutzgrad zu erreichen?

Es kann mit geringen Mengen Aluminiumhydroxid und Phosphatestern kombiniert werden. Dies ist eine Frage der Formulierung; dieser Artikel legt das Mischungsverhältnis nicht für Kunden fest.

7Erläuterung der Fakten und Grundlagen

Die Daten in diesem Artikel stammen ausschließlich aus der einzigen Quelle 锎锔-功能助剂1.10.pdf. Die Seitenangaben sind jeweils im Text angegeben und können einzeln überprüft werden. Die aus den Produktunterlagen zitierten wichtigen Originalsätze weisen im Text auf ihre Herkunft hin und wurden nicht umformuliert. Das Handbuch nennt den Gesamtphosphorgehalt 1.5-3.0% im Abschnitt über das mit UL94 V-0 verknüpfte empfohlene Verfahren. In diesem Artikel wird dieser als Zielwert der Rezeptur behandelt und nicht als werkseitige Spezifikation des Produkts dargestellt.

Nicht durchgeführte Arbeiten: Es werden keine konkreten Prüfkörperdaten für Flammschutztests erfunden und keine endgültige Rezepturfestlegung für Kunden vorgenommen. Die Punkte, an denen die Rezeptur angepasst werden muss, sind bereits angegeben – Hydroxylverbrauch -NCO, Vermeidung starker Alkalien und Temperaturkontrolle. Die im Handbuch nicht behandelte Kostenkalkulation und Anpassung an die Ausrüstung müssen gesondert bestätigt werden.