Brandschutz ist wichtiger denn je – Was tun wir dagegen?

Flammschutzmittel zur Reduzierung von Brandrisiken

Da derzeit Waldbrände ganze Nachbarschaften in Los Angeles und erst kürzlich in Hawaii niederbrennen, ist klar, warum jede Technologie, die bei der Verhinderung oder Verlangsamung von Feuer hilft, verfolgt werden sollte.

Es gibt viele Ansatzpunkte, um dieses Problem anzugehen. Von einer besseren Nutzung von Daten über unterschiedliche Baumaterialien bis hin zu einer anderen Bewirtschaftung von Wasser und Waldgebieten.

Dennoch werden wir weiterhin viele entflammbare Materialien in unserem Alltag verwenden, einfach weil zu viele nützliche Produkte zufällig entflammbar sind.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Flammschutzmitteln, Chemikalien, die das Risiko eines Brandes und die Geschwindigkeit, mit der ein Feuer außer Kontrolle gerät, verringern. Das kann einen radikalen Unterschied machen, da ein langsameres Feuer eher frühzeitig gelöscht werden kann oder mehr Zeit für die Ankunft der Feuerwehr und das Bereitstellen der richtigen Ausrüstung gibt.

Ein Problem ist, dass viele Flammschutzmittelchemikalien teilweise toxisch sind, was sie für viele Anwendungen unpraktisch macht. Ein Beispiel ist alles, das häufig die menschliche Haut berührt, wie Baumwollgewebe. Dies könnte sich dank der Entdeckung von acht Forschern der Texas A&M University ändern, die ein neues Ein‑Schritt‑Flammschutzmittel für Baumwolltextilien entwickelt haben.

Sie haben ihre Ergebnisse kürzlich in ACS Applied Polymer Materials veröffentlicht, mit dem Titel “Evaporation Induced Flame Retardant Polyelectrolyte Complex for Cotton¹“.

Warum Baumwolle?

Baumwolle ist das weltweit am häufigsten verwendete Textil, dank ihrer hervorragenden Eigenschaften für weiche, bequeme und atmungsaktive Stoffe. Sie wird in Kleidung und Polsterungen eingesetzt und ist ein bedeutender Beitrag zu entflammbaren Materialien in Haushalten (Sofas, Kleiderschränke, Handtücher, Tischdecken usw.), einschließlich solcher, die in unmittelbarer Nähe zu Brandgefahren stehen (Kochbereiche, Kerzen, Zigaretten usw.).

Sie besteht hauptsächlich aus α‑Zellulose, einem extrem entflammbaren Material. Das lässt alles, was aus Baumwolle hergestellt ist, sehr schnell und vollständig verbrennen.

Ein weiterer Grund, sich auf Baumwolle zu konzentrieren, ist, dass dies sofort einen riesigen Markt für jede Innovation, die dieses Material anspricht, eröffnen würde. Und es könnte wahrscheinlich später auf andere Materialien ausgeweitet werden.

Wie Flammschutzmittel funktionieren

Die meisten historisch verwendeten Flammschutzmittel für Baumwolle waren halogenierte Verbindungen, die aufgrund ihrer Toxizität für Menschen inzwischen auslaufen. Alternative Moleküle wurden von der chemischen Industrie über viele Jahre hinweg erforscht, darunter Phosphor‑, Stickstoff‑, Silizium‑ und Bor‑basierte Chemien.

Das bisherige Problem bei der Suche nach einem guten Ersatz war die Kostenfrage. Diese alternativen Verbindungen erfordern mehrere Behandlungsschritte, was zu höheren Ausgaben führt.

Flammschutzmittel wirken, indem sie beim Brennen eine Kohleschicht auf dem Material bilden, die die Ausbreitung des Feuers blockiert. Am häufigsten geschieht dies durch die Kombination einer Säurequelle und einer Kohlenstoffquelle.

Manchmal wird ein „Blasmittel“ hinzugefügt, das sich durch Hitze in nicht brennbare Gase zersetzt, die die brennbaren Gase verdünnen und die Flammen abschwächen.

Ein‑Schritt‑Flammschutzmittel

Die Forscher untersuchten eine Klasse von Chemikalien, die Polyelektrolyte genannt werden: Polyethylenimin (PEI) als Blasmittel und Natriumhexametaphosphat (PSP) als Säurequelle. Im Fall von Baumwolle ist das entflammbare Material selbst die Kohlenstoffquelle.

Quelle: ACS Applied Polymer Materials

Diese Mischung ist ungiftig und wäre ideal für die Massenproduktion auf allen Baumwollstoffen. Bisher waren jedoch nur 2‑Schritt‑Verfahren zur Anwendung und Bindung von Polyelektrolyten an Baumwolle bekannt.

Die Forscher entdeckten, dass sie Ammoniak (NH3) als flüchtige Base verwenden können, um PEI und PSP an die Baumwolle zu binden, wenn das Ammoniak verdampft. Sie stellten fest, dass sie die gesamte Mischung auf die Baumwolle auftragen und das Ammoniak in nur einem Schritt verdampfen konnten.

Die richtige Methode finden

Verschiedene Verhältnisse von PEI zu PSP wurden untersucht, um die optimale Zusammensetzung zur Reduzierung der Entflammbarkeit von Baumwolle zu finden.

Die resultierenden Baumwollfasern wurden mit einem Elektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope – SEM) untersucht, wodurch wir die Aufnahme von Flammschutzmitteln durch die Baumwollfasern messen konnten.

Quelle: ACS Applied Polymer Materials

Ein weiterer gemessener Faktor war die Beständigkeit der Behandlung gegenüber dem Ausspülen. Da Baumwollstoffe wahrscheinlich häufig gereinigt werden, hat jedes Flammschutzmittel, das Wasserexposition und Ausspülen nicht standhält, wenig Nutzen unter realen Bedingungen.

“Diese Technologie kann optimiert werden, um viele entflammbare Materialien schnell, einfach und sicher zu flammschützen, was im Alltag einen enormen Schutz bietet, Geld und Leben der Allgemeinbevölkerung spart.” Maya D. Montemayor – Doktorandin im Department of Chemistry an der Texas A&M.

Bei einigen der verwendeten Verhältnisse wird das Material beim ersten Ausspülen teilweise abgewaschen, aber der Rest des korrekt gebundenen Flammschutzmittels bleibt an den Baumwollfasern haften.

Quelle: ACS Applied Polymer Materials

Stark reduzierte Entflammbarkeit

Die behandelte Baumwolle gibt bei Messung der Energie pro Gramm Baumwolle (W/g) deutlich weniger Wärme ab als die unbehandelte (reine) Baumwolle. Auch die Verbrennungstemperatur wurde gesenkt.

Quelle: ACS Applied Polymer Materials

Bei einem sogenannten „vertikalen Flammentest“ stellten die Forscher zudem fest, dass die Säure in der Mischung für die Bindung an die Baumwolle verantwortlich war, wodurch das Flammschutzmittel beim Ausspülen des Stoffes nicht abgewaschen wurde.

Quelle: ACS Applied Polymer Materials

Weiter vorgehen

Diese ersten Ergebnisse sind ein großer Durchbruch für die Baumwollindustrie und die Hersteller von Flammschutzmitteln, da sie den Weg zu einer günstigeren und einfacheren allgemeinen Behandlung aller Baumwollprodukte ebnen könnten.

Die Forscher prüfen nun gemeinsam mit Industriepartnern, wie dieser Prozess über Baumwolle hinaus auf jedes kohlenstoffreiche Material, wie Holz, Stoffe, Schaumstoffe und andere Textilien, ausgeweitet werden kann.

“Diese Spitzenforschung verschafft Texas A&M Anerkennung als einer der Vorreiter dieser Technologie und die Möglichkeit zur Weiterentwicklung mit externen Unternehmen.

TEES lizenziert diese und ähnliche Technologien an Unternehmen für verschiedene Anwendungen.

”

Dr. Jaime Grunlan, – Leland T. Jordan ’29 Chair Professor in der J. Mike Walker ’66 Department of Mechanical Engineering an der Texas A&M.

Was kann sonst noch gegen Brandrisiken getan werden

Neue Technologien zur besseren Feuerkontrolle können aus vielen Blickwinkeln angegangen werden. Zum Beispiel sind hier einige, die wir bereits behandelt haben:

• KI‑Vorhersagen: Satellitenbilder und genaue Wettervorhersagen können verwendet werden, um das Risiko von Waldbrandereignissen, deren Schwere und die Kontrolle darüber besser vorherzusagen.
• Forstmanagementsysteme: Bessere, nachvollziehbare Werkzeuge für das Forstmanagement können helfen, die Gesundheit und Produktivität von Wäldern besser vorherzusagen und zu pflegen. Das kann wiederum die Menge an Totholz und anderen Brandgefahren reduzieren.
• Massivholzbau: Es mag seltsam erscheinen, dass Holzbau das Brandrisiko senken könnte. Aber Massivholz ist eine neue Technologie, die Holz zu Balken mit einer Festigkeit wie Stahl verbindet und dank seiner extremen Dichte feuerbeständig ist. Massivholz bildet natürlich die Kohleschicht, die Flammschutzmittel zur Begrenzung der Entflammbarkeit nutzen. Wir können uns vorstellen, dass PEI‑PSP‑Flammschutzmittel dies weiter verbessern könnten.
• Wärmeaktivierte Hydrogele: Um Waldbrände zu stoppen, könnten neue Hydrogele anstelle des häufigeren Schaums verwendet werden, die das Wasser doppelt so lange zurückhalten. Das kann einen massiven Unterschied beim Schutz von Häusern vor Waldbränden ausmachen.
• Drohnen: Feuerlösch‑Drohnen könnten ein zusätzliches Werkzeug im Arsenal der Feuerwehr sein, das dort eingesetzt werden kann, wo es für Feuerwehrleute zu gefährlich wäre. Mehr dazu finden Sie bei einem Unternehmen, das solche Drohnen herstellt, Textron, in “Top‑Drohnenunternehmen 2025, die die Luftrevolution anführen“.

Investitionen in Flammschutzmittel

Flammschutzmittel sind ein oft übersehenes, aber sehr wichtiges Produkt der chemischen Industrie, das täglich unzählige Leben rettet.

Es ist eines von vielen Spezialchemikalien, die zum modernen Leben gehören, die 2022 einen Markt von 8,63 Mrd. $ ausmachen und voraussichtlich bis 2030 mit einer CAGR von 7,1 % wachsen werden.

Quelle: Grand View Research

Sie können in Unternehmen der chemischen Industrie über viele Broker investieren, und Sie finden hier, auf securities.io, unsere Empfehlungen für die besten Broker in den USA, Kanada, Australien, dem Vereinigten Königreich, sowie vielen anderen Ländern.

Wenn Sie nicht daran interessiert sind, einzelne Unternehmen auszuwählen, können Sie auch in ETFs wie den iShares STOXX Europe 600 Chemicals UCITS ETF (EXV7) oder den Fidelity Select Chemicals Portfolio (FSCHX) investieren, die eine breitere Diversifizierung ermöglichen, um vom Chemiesektor zu profitieren.

Flammschutzmittelunternehmen

ICL ist ein globales Chemieunternehmen mit Sitz in Israel und hat eine starke Position im Bereich Flammschutzmittel, insbesondere eine Spitzenposition (#1) bei Lösungen für Elektronik, einschließlich Elektrofahrzeugen und KI, sowie im Bauwesen, wobei entweder Brom oder Phosphor verwendet wird.

Das Unternehmen ist zudem im Bereich Düngemittel aktiv, insbesondere Phosphat und Kali, sowie Phosphat für Industrieprodukte wie Batteriematerialien.

Quelle: ICL

Das Unternehmen ist insgesamt ein Marktführer in den von ihm besetzten Branchen, mit einem Marktanteil von 33 % im Bereich Industrieprodukte und 20 % bei Phosphatlösungen. Insgesamt sind seine Verkäufe weltweit diversifiziert.

Der größte Teil des EBITDA des Unternehmens stammt aus dem Verkauf von Kali‑ und Phosphatlösungen.

Quelle: ICL

Flammschutzmittel sind nur ein Teil der Aktivitäten des Unternehmens, und es investiert zudem aktiv in neue Technologien. Es finanziert insbesondere Start‑ups und betreibt eigene F&E im Bereich next‑generation Düngemittel, einschließlich:

• Photokatalytische Stickstofffixierung in der Nähe der Pflanze.
• Elektrochemische Produktion von Ammoniak oder Nitraten direkt auf dem Bauernhof.
• Biostimulanzien zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit von Düngemitteln.
• Verbesserung der Phosphorverfügbarkeit durch Pflanzenauszüge, Mikroorganismen (PSB – Phosphor‑solubilisierende Bakterien) und Chemikalien.

Als kostengünstiger Produzent von Brom und Kali ist das Unternehmen gut positioniert, um auch bei niedrigen Düngemittelpreisen zu bestehen, während es auf neue innovative Lösungen setzt, um künftig Wachstum zu erzeugen.

Es könnte zudem von einer wachsenden Nachfrage nach Flammschutzmitteln profitieren, noch bevor Ein‑Schritt‑Behandlungen wie die in diesem Artikel diskutierte auf den Markt kommen.

Studienreferenz:

^{1. Montemayor, M. D., Rodriguez-Melendez, D., Smith, D. L., Vest, N. A., Palen, B., Chang, E., Moran, A. V., & Grunlan, J. C. (2024). Evaporation induced flame retardant polyelectrolyte complex for cotton. ACS Applied Polymer Materials. https://doi.org/10.1021/acsapm.4c02937}