Flammschutz Graphen verbessert Flammschutz von Kunststoffen

Durch Zusatz von lediglich 0,5 bis 2 % des Kohlenstoffmoleküls Graphen ist es Forschern gelungen, den Flammschutz von Kunststoffen zu optimieren. Damit erweise sich das nur aus einer oder wenigen Atomlagen bestehende Graphen als ein vielversprechender neuer Hilfsstoff für einen halogenfreien Flammschutz von Kunststoffen, wie die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin berichtet.

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Bundesanstalt für Material- forschung und -prüfung (BAM)

Im Vergleich zu anderen, bereits kommerziell erhältlichen Kohlenstoffpartikeln, wie mehrwandigen Nanoröhrchen oder Ruß, konnten die Forscher die Vorteile von Graphen für den Flammschutz aufzeigen. „Das Reizvolle von Graphen ist sein Multifunktionscharakter. Es gelingt mit geringen Mengen gleichzeitig den Flammschutz, die mechanischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit zu verbessern“, sagt Projektleiter Bernhard Schartel von der BAM. Als spannend erachtet er auch die Eigenschaft als Antitropfmittel.

Bienenwabenförmiges Kohlenstoffmolekül mit besten Materialeigenschaften

Graphen ist eng mit Graphit verwandt. Graphen besteht nur aus einer Lage von Kohlenstoffatomen und ist extra dünn. Obwohl die aus wenigen Graphenlagen bestehenden Werkstoffe seit mehr als 100 Jahren bekannt und als Bleistiftstrich auf Papier allgegenwärtig sind, wird erst seit wenigen Jahren an der Entwicklung von Anwendungen von Graphenen gearbeitet.

Auslöser dieser Aktivitäten war, dass an einzelnen Atomlagen des bienenwabenförmig strukturierten Kohlenstoffmoleküls herausragende Materialeigenschaften gemessen werden konnten. Graphen ist ein im Verhältnis zu seiner Dicke von nur einem dreimillionstel Millimeter ein extrem großflächiges, zweidimensionales Molekül mit Abmessungen von 1 mm. Es ist transparent, extrem elektrisch leitfähig, chemisch beständig und weist zudem eine hohe mechanische Beständigkeit auf. Des Weiteren zeigt es eine hohe Undurchlässigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten – alles Eigenschaften, die es, so die Einschätzung der Wissenschaftler, zu einem Hoffnungsträger für die Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe machen.

Niedrigere Herstellungskosten sollen Graphene als Flammschutzmittel interessanter machen

Um Graphene und die ebenso interessanten Multilayer-Graphene (welche aus wenigen Lagen von Graphen bestehen) für neue Anwendungen, beispielsweise für verstärkte oder flammgeschützte Kunststoffe verfügbar zu machen, ist die BAM auch bei der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren aktiv. Diese haben das Ziel, die derzeit noch extrem hohen Herstellungskosten von Graphenen zu senken und neue Materialqualitäten bereitzustellen.

Unter der Leitung des BAM-Wissenschaftlers Asmus Meyer-Plath werden dazu Hochtemperaturverfahren entwickelt, die Graphene durch eine explosionsartige Zerteilung der Graphenvorstufe Graphitoxid erzeugen. Ein neuartiges plasmabasisertes Zerteilungsverfahren erlaubt hingegen, direkt aus Graphit weniger als einen Zehntausendstel Millimeter (oder 0,0001 mm) kleine Graphitflocken herzustellen. „Diese sind zwar dicker als Multilayer-Graphen, könnten aber zum Beispiel als Schmiermittel sehr interessant sein“, sagt Meyer-Plath.

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