Polyurethan-Schäume (PU-Schäume) begegnen uns im Alltag sehr oft: Sie stecken in der Isolation von Hausfassaden und Kühlschränken, in Autositzen, Wohnzimmersofas und Schuhsohlen. PU besteht aus Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffatomen. Die in den Poren des Schaums eingeschlossene Luft enthält ebenfalls Sauerstoff. Der Schaum ist also - wie die meisten organischen Polymere - leicht brennbar und muss daher mit Flammschutzmitteln versehen werden, um die Feuergefahr zu senken. In den vergangenen Jahrzehnten verwendeten die Schaumhersteller meist chlorierte Phosphate als Flammschutzmittel, das sind preisgünstige Substanzen, die den Produktionsprozess nicht stören.
Doch viele dieser chlorierten Flammschutzmittel sind toxisch und können im Laufe der Zeit aus dem Schaum ausdünsten und in die Umgebungsluft gelangen. In vielen Ländern sind diese Stoffe daher bereits verboten. Die Industrie sucht dringend nach umweltfreundlichen und ungiftigen Alternativen. Das Geschäft ist bedeutend: Weltweit werden pro Jahr knapp 20 Millionen Tonnen PU-Schaum produziert. Der grösste Teil davon muss mit Flammschutzmitteln ausgerüstet werden.
Sabyasachi Gaan und sein Forscherteam entwickelten mehrere Derivate, also chemische Schwesterstoffe des bekannten Flammschutzmittels DOPO (9,10-Dihydro-10-oxa-phosphaphenatrenoxid), das die gewünschten Eigenschaften mitbringt. Insbesondere eine neu entwickelte Substanz namens EDA-DOPO erfüllt dabei ökonomische und Umweltkriterien besonders gut: EDA-DOPO erzielt die höchste Flammschutz-Klassifikation UL 94 HB. Ausserdem ist es bei Raumtemperatur nicht flüssig, sondern fest - kann also später nicht aus dem Schaum ausdünsten. Das Flammschutzmittel verträgt sich ebenfalls gut mit dem Produktionsprozess für PU-Schäume: Es mischt sich sehr gut mit Polyol, ein Ausgangsstoff des PU-Schaums, und bildet eine stabile Dispersion. Diese kann dann problemlos weiterverarbeitet werden. Am Schluss entsteht ein Schaum, in dessen Poren das feste Flammschutzmittel EDA-DOPO fein verteilt ist.
Das nun mit dem «Empa Innovation Award» ausgezeichnete Forschungsprojekt begann im Juni 2013 und wurde mit EU-Fördermitteln sowie mit Mitteln der Schweizer KTI finanziert. Industriepartner waren die Metadynea Austria GmbH und die Foampartner Fritz Nauer AG in Wolfhausen. Das neue Flammschutzmittel EDA-DOPO wird zurzeit bereits im 100-kg-Massstab hergestellt. Derzeit läuft das Zulassungsverfahren nach der EU-Chemikalienverordnung REACH.
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