Der Einsatz von Flammschutzmitteln zur Minimierung der Entflammbarkeit von oftmals leichtentzündlichen Textilien oder nicht genügend geschützten Kunststoffbauteilen ist unerlässlich und darüber hinaus für viele Anwendungen gesetzlich vorgeschrieben. Halogenierte Flammschutzmittel erwiesen sich in der Vergangenheit als toxikologisch und ökologisch fragwürdig, weswegen ein Großteil der Verbindungen bereits in vielen EU-Ländern und auch Deutschland verboten wurde. Für andere bestehen strenge Auflagen.

Die vorliegende Dissertation behandelt zwei Forschungsprojekte im Bereich der permanenten, wasserbasierten Flammschutzausrüstung textiler Materialien mit phosphor- und stickstoffhaltigen Flammschutzmitteln als umweltfreundliche Alternative zu halogenierten Flammschutzmitteln. Zunächst wurden zwei wasserlösliche Cyclophosphazen-Derivate (GlyCPZ und ThioGlyCPZ) synthetisiert und aus einer wässrigen Lösung auf Nylon/Baumwolle-Mischgewebe immobilisiert. ThioGlyCPZ enthält zusätzlich zu den flammhemmenden Elementen Phosphor und Stickstoff auch Schwefel und ist in der Literatur bislang nicht beschrieben worden. Die hier anvisierten Cyclophosphazen-Derivate konnten erfolgreich in zweistufigen Reaktionen mit hohen Ausbeuten synthetisiert werden. Die ausgerüsteten Gewebe bestanden die Oberflächenbeflammung in Anlehnung an DIN EN ISO 15025 selbst nach zehn Waschzyklen bei 80 °C ohne Nachbrennzeit. Es konnte gezeigt werden, dass die Pyrolyse von unbehandelten Nylon/Baumwolle-Mischungen einer synergistischen Zersetzung folgt. Der Effekt der einzelnen Faserbestandteile aufeinander verschwand jedoch mit der Flammschutzausrüstung vollständig und ging in eine additive Zersetzung über. ThioGlyCPZ war hydrolysestabiler als GlyCPZ, wodurch auch nach der Wäsche ein konstanter Phosphorgehalt detektiert wurde. Mit GlyCPZ ausgerüstetes Gewebe wies hingegen in allen Flammtests bessere flammhemmende Eigenschaften sowie einen höheren Sauerstoffindex als mit ThioGlyCPZ ausgerüstetes Gewebe auf.

Die Verwendung naturbasierter Phytinsäure in Kombination mit dem synthetisch hergestellten Polyvinylamin erwies sich nach Immobilisierung auf Baumwolle durch das Layer-by-Layer-Verfahren als effektives, teilweise naturbasiertes FSM-System. So wurde eine Reihe normierter Flammtests bestanden sowie der Sauerstoffindex deutlich erhöht.

Die Untersuchungen der Flammschutzmechanismen der genannten FSM-Systeme in der Gas- und Kondensphase zeigten, dass sich der Zersetzungsmechanismus mit den Flammschutzmitteln durch die Katalyse flammschutzrelevanter Reaktionen maßgeblich verändert. Bei der Verbrennung werden vermehrt nicht-brennbare Gase wie Wasser und Kohlendioxid abgespalten. Schwefel in ThioGlyCPZ wird nahezu vollständig in die Gasphase freigesetzt, wo weitere radikalische Reaktionen stattfinden. In der kondensierten Phase werden kohlenstoffreiche Strukturen gebildet, die zusammen mit Polyphosphaten und Phosphornitriden/Phosphor-oxynitriden oder anderen P=N-Verbindungen eine hitzestabile Kohleschicht ausbilden und so das Textil vor weiterer Zersetzung schützen.