Organischer Flammschutzmittel vs Anorganischer Flammschutzmittel: Ein vollständiger Leitfaden zu Leistung, Sicherheit und Anwendungen

Erstellt 12.17
Die richtige Auswahlflammschutzmittelist entscheidend, wenn Sie Kunststoffe, Elektronik, Baumaterialien oder spezialisierte Kabel herstellen. Ob Sie sich für einen organischen oder anorganischen Typ entscheiden, beeinflusst Dinge wie die Hitzebeständigkeit Ihres Produkts, wie viel Rauch es abgibt, wenn es brennt, ob es den Vorschriften entspricht und wie lange es hält.
Dieser Leitfaden wird Sie durch die Unterschiede zwischen diesen beiden Hauptarten von Flammschutzmitteln führen. Wir werden uns ansehen, wie sie chemisch wirken, wie sie während der Herstellung abschneiden, ihre Umweltauswirkungen und wo sie am besten funktionieren. Am Ende werden Sie eine klarere Vorstellung davon haben, welches für Ihr Produkt besser geeignet ist.

Was sind organische Flammschutzmittel?

Organische Flammschutzmittel enthalten Kohlenstoffverbindungen. Diese Verbindungen umfassen Moleküle aus Phosphoestern, Stickstoffverbindungen oder halogenfreien Organophosphatsystemen. Sie wirken, indem sie mit dem Kunststoff reagieren, wenn er brennt. Dies bedeutet normalerweise, eine schützende Schicht aus Ruß zu erzeugen oder die Reaktionen zu stoppen, die das Feuer am Brennen halten.

Wichtige Dinge, die man wissen sollte

  • Sie müssen normalerweise nicht viel verwenden (5–20% nach Gewicht).
  • Sie funktionieren gut in vielen Kunststoffen (wie PA, PU, PC, Polyester und Epoxidharzen).
  • Sie können einige Kunststoffe flexibler oder mechanisch stärker machen.
  • Sie können sie ohne Halogene erhalten, um sich Sorgen über Toxizität zu ersparen.
  • Sie arbeiten normalerweise gut mit technischen Kunststoffen zusammen, da sie ähnliche Strukturen aufweisen.

Gute Dinge

  • Sie sind gut darin, Feuer zu stoppen, selbst wenn Sie nicht viel verwenden, sodass das Material stark bleibt.
  • Sie helfen, eine Char-Schicht zu erzeugen, die wirklich die Wärme und das Ausbreiten reduziert.
  • Sie mischen sich normalerweise gut mit dem Kunststoff.
  • Sie schädigen die Festigkeit des Plastiks nicht zu sehr.
  • Sie sind gut geeignet, um dünne oder präzise Teile herzustellen, was in der Elektronik wichtig ist.

Nachteile

  • Einige können beim Verbrennen Gase freisetzen (wie Kohlenmonoxid und Stickstoffoxide), aber neuere Typen reduzieren dies.
  • Sie kosten normalerweise mehr als mineralbasierte Optionen.
  • Wie gut sie mit Temperaturänderungen umgehen, hängt von den verwendeten Chemikalien ab; einige sind nicht gut für sehr heiße Prozesse.
Visueller Vergleich der Eigenschaften von organischen und anorganischen Flammschutzmitteln, chemischen Strukturen und Einsatzanteilen

Was sind anorganische Flammschutzmittel?

Anorganische Flammschutzmittel, auch bekannt als mineralische Flammschutzmittel, bestehen aus mineralischen Stoffen wie Aluminiumhydroxid (ATH), Magnesiumhydroxid (MDH), Ammoniumpolyphosphat (APP) und einigen Metalloxiden (wie Zinkborat und Antimontrioxid). Diese Materialien wirken hauptsächlich durch physikalische Mittel anstelle von chemischen Reaktionen.

Wichtige Dinge, die Sie wissen sollten

  • Um wirklich zu funktionieren, benötigt man normalerweise eine Menge davon (30–65% nach Gewicht).
  • Sie funktionieren, indem sie Wärme absorbieren, sich auf eine Weise zersetzen, die Wärme absorbiert, und viel Rauch stoppen.
  • Sie sind gut für die Umwelt, da sie aus natürlichen Mineralien stammen.
  • Sie werden häufig in Kabelmaterialien (insbesondere HFFR), Gummi und Kunststoffen wie PE und PP verwendet.

Gute Dinge

  • Sie sind hervorragend darin, Rauch zu stoppen, und sind nicht sehr giftig, da sie mineralisch sind und keine Halogene enthalten.
  • Sie sind großartig für große Projekte wie Drahtisolierung und Dachdeckung, da sie kostengünstig sind.
  • Sie widerstehen hohen Temperaturen gut, insbesondere MDH und Metalloxide, was eine vielfältige Verarbeitung ermöglicht.
  • Außerdem sind sie nützlich in halogenfreien Kabeln, die strengen Brandschutzvorschriften entsprechen.

Nachteile

  • Sie benötigen viel Füllmaterial, was der Hauptnachteil ist, da es die Dinge schwächer und weniger flexibel machen kann.
  • Sie können die Verarbeitung stören (zum Beispiel Dinge dicker machen, langsamer herauspressen und mehr Kraft benötigen).
  • Sie sind nicht so gut in starken Kunststoffen, die dünne Wände benötigen, da Sie so viel Füllmaterial benötigen.

Wie ihre chemischen Reaktionen Brände stoppen

1. Wie organische Flammschutzmittel wirken

  • Char-Bildung: Einige Materialien, wie organische Phosphate, trocknen die Oberfläche des Polymers aus, wodurch sich eine Kohleschicht bildet, die das darunterliegende Material vor Hitze schützt und die Freisetzung von Gasen verlangsamt, die Feuer fangen können.
  • Gasreaktionen: Halogenierte oder Phosphorartikel setzen freie Radikale frei. Diese reagieren mit hochenergetischen H·- und OH·-Radikalen, die die Flamme am Brennen halten und sie löschen.
  • Feste Reaktionen: Einige Stickstoff-/Phosphorartikel helfen Polymeren, sich zu verknüpfen und stabil zu werden, wenn sie brennen. Dies erschwert es dem Material, sich in Gase zu zersetzen, die brennen.

2. Wie anorganische Flammschutzmittel wirken

Wenn sie erhitzt werden, absorbieren Mineralien wie ATH Energie aus dem Feuer. Zum Beispiel zersetzt sich Aluminiumhydroxid bei etwa 180 °C wie folgt:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O
Diese Reaktion entzieht dem Feuer Wärme und kühlt das Material ab.
  • Schwächungseffekt: Der Abbau setzt Gase frei, wie Wasser aus ATH/MDH, die die Menge der brennenden Gase und des Sauerstoffs in der Flamme reduzieren, was das Feuer stoppt.
  • Einen Block erstellen: Die verbleibende Mineralasche (wie Al₂O₃ und MgO) bildet eine starke Schutzschicht auf der Oberfläche, die verhindert, dass Sauerstoff die Flamme erreicht, und die Freisetzung von brennbaren Gasen verringert.
Beide Methoden stoppen das Feuer, aber sie basieren auf unterschiedlichen Reaktionen, die beeinflussen, wie die Materialien sich verhalten.

Rauchunterdrückung und Toxizitätsvergleich

Kategorie
Organischer Flammschutzmittel
Anorganischer Flammschutzmittel
Wichtigste Erkenntnis
Ladelevel
Niedrig (5-20%)
Hoch (30-65%)
Organische Systeme sind chemisch potenter.
Rauchunterdrückung
Moderat (Hängt vom Typ ab)
Ausgezeichnet
Anorganische Systeme setzen ungiftigen Dampf frei; organische Systeme können bei der Pyrolyse mehr Rauch erzeugen.
Toxizität
Gut (moderne HFFR-Typen)
Von Natur aus niedrig
Mineralbasierte Systeme sind der Branchenstandard für geringe Toxizität.
Thermische Stabilität
Variiert (Einige hoch, einige niedrig)
Hoch (insbesondere MDH, Metalloxide)
Anorganische Füllstoffe können hohe Verarbeitungstemperaturen ohne Zersetzung bewältigen.
Mechanischer Einfluss
Minimal
Mäßig bis erheblich
Hoher Füllstoffgehalt in anorganischen Systemen beeinflusst die Festigkeit und Flexibilität.
Kosten
Mittel bis Hoch
Niedrig bis Mittel (pro Volumen)
Die Anfangskosten begünstigen anorganische Systeme, aber die Effizienzkosten begünstigen organische.
Kompatibilität mit Ingenieurkunststoffen
Stark
Begrenzt
Organische FRs sind strukturell ähnlich wie technische Polymere.
Wusstest du, dass bei Wohnungsbränden in der Regel die Rauchvergiftung die Todesursache ist, nicht die Verbrennungen?
  • Anorganische Stoffe: Mineralfüllstoffe wie ATH und MDH sind in Zügen, Flugzeugen und Baukabeln verbreitet. Wenn sie brennen, geben sie hauptsächlich Wasserdampf und Kohlendioxid ab. Der Rauch ist dick, aber viel weniger giftig.
  • Organische Stoffe: Es gibt einige gute phosphor- und stickstoffbasierte Optionen, die keine Halogene enthalten. Aber einige ältere organische Flammschutzmittel können viel schwarzen, rußigen Rauch erzeugen. Sie könnten auch einige unangenehme Chemikalien wie Kohlenmonoxid freisetzen, wenn sie brennen.
Wenn Sicherheit für Sie das Wichtigste ist (wie in Tunneln, Krankenhäusern oder Flugzeugen), sind anorganische Flammschutzmittel Ihre beste Wahl.

Umweltauswirkungen und Vorschriften zu Flammschutzmitteln

Folgen organische Flammschutzmittel den Regeln?

Neuere organische Systeme, die kein Halogen enthalten – insbesondere solche, die Phosphor und Stickstoff (P-N) sowie wirklich stabile Organophosphate verwenden, erfüllen in der Regel gut die Regeln wieRoHSundREACH. Diese ausgefallenen Chemikalien sind super wichtig für teure Dinge, wie Elektronik, bei denen man nicht mit der Funktionsweise herumspielen kann. Im Großen und Ganzen hat die Geschäftswelt die älteren halogenierten organischen Flammschutzmittel, die sich in der Umwelt anreichern, aufgegeben, um die Umweltvorschriften für die Herstellung von Produkten einzuhalten.

Was ist mit anorganischen Flammschutzmitteln?

Mineralbasierte Systeme sind von Natur aus sicher und ungiftig, sodass es einfacher ist, die Regeln einzuhalten. Sie sind die bevorzugte Wahl, wenn Sie so umweltbewusst wie möglich sein müssen, wie:
  • HFFR-Kabelverbindungen: Diese werden überall verwendet, um gegen giftigen und unangenehmen Rauch zu schützen.
  • Kinderspielzeug und Möbel: Sie sollten giftige Dinge so weit wie möglich vermeiden.
  • Bau Materialien: Denken Sie an starre Schäume und Platten, die feuerbeständig sind.

Welcher ist besser? Ein praktischer Auswahlrahmen

Wenn Ihre Priorität ist…
Wählen…
Warum?
Geringe Rauchemission und Toxizität
Anorganischer Flammschutzmittel
Gibt Wasser/inertes Gas ab, keine giftigen Verbrennungsprodukte.
Hohe Effizienz bei niedriger Belastung
Organischer Flammschutzmittel
Chemisch aktiver, benötigt weniger Material.
Umweltfreundliches HFFR-Kabeldesign
Anorganischer Flammschutzmittel
Kosteneffizient, halogenfrei, ausgezeichnetes Rauchprofil.
Hochleistungs-Engineering-Kunststoffe
Organischer Flammschutzmittel
Bessere Polymerkompatibilität, minimaler Eigenschaftsverlust.
Kostenlose, massenweise Produktion
Anorganischer Flammschutzmittel
Mineralien sind günstiger als synthetische organische Verbindungen.
Dünnwandige Formgebung oder Präzisionsteile
Organischer Flammschutzmittel
Niedrige Füllstoffbeladung sorgt für hervorragenden Fluss und Finish.
Es gibt keine einzige beste Wahl – es hängt davon ab, was Ihre Materialien benötigen und wie sie sich verhalten sollen. Jetzt können Sie Mischungen aus organischen und anorganischen Flammschutzmitteln finden. Das Mischen eines kleinen Anteils organischer FR mit einem großen Anteil anorganischer FR kann eine gute Leistung bieten und den Rauch reduzieren. Wählen Sie organische oder anorganische FRs basierend auf den Anforderungen Ihres Projekts, wie gut sie sich mit anderen Materialien mischen, den Umweltvorschriften und wie sie verarbeitet werden.

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