Polymere sind auf Grund ihrer chemischen Natur brennbar und müssen deshalb in Bereichen, in denen sie einem gewissen Brandrisiko ausgesetzt sind, flammgeschützt werden, z. B. im Transportbereich, im Bauwesen oder der Elektronik. Die Verwendung von Rotem Phosphor als Flammschutzmittel in Thermoplasten ist eine ökologisch unbedenkliche Alternative zu den halogenierten Additiven. In der vorliegenden Arbeit wurde die zentrale Frage geklärt, mit welchen Mechanismen und unter welchen Voraussetzungen Roter Phosphor als Flammschutzmittel in Thermoplasten wirkt. Dazu wurde das Brandverhalten von Rotem Phosphor in HIPS, PBT und PA66, untersucht. Darüber hinaus wurde gezeigt, wie die Wirksamkeit von Rotem Phosphor in HIPS und PBT durch Kombination mit anderen Flammschutzmitteln, wie Melaminpolyphosphat, Melamincyanurat und Magnesiumhydroxid zu verbessern ist. Das Zersetzungsverhalten wurde mit verschiedenen Therrnoanalytischen Methoden (TGFTIR, TG-MS) und das Brandverhalten durch Cone Calorimeter Messungen bei verschiedenen externen Wärmeeinträgen charakterisiert. Die Bestimmung der Entflammbarkeit erfolgte mit LOI Tests und die chemische Analyse des Verbrennungsrückstandes mit XPS. Auf Basis der Ergebnisse entstanden Modelle für die Zersetzung der Materialien und die Beschreibung der Flammschutzwirkung. Roter Phosphor kann in der Festphase wirken, indem er die Rückstandbildung von Polymermaterial fördert oder in der Gasphase, wo er als Radikalfänger den Oxidationsprozess in der Flamme hemmt. In PA66 wirkt Roter Phosphor in der Festphase und in HIPS in der Gasphase. In PBT wurden beide Mechanismen in Abhängigkeit vom pH-Wert nachgewiesen. Wird Roter Phosphor mit Brennstoffverdünnern wie Melaminspezies in HIPS und PBT kombiniert, tritt eine unabhängige Wirkung beider Flammschutzzusätze auf. Das Brandverhalten des kombinierten Materials kann durch Superposition der einfach flammgeschützten Materialen beschrieben werden. In Kombination mit Barrierebildner wie Magnesiumhydroxid in HIPS ist zwar auch eine überwiegende, unabhängige Wirkung zu beobachten, jedoch tritt ein leichter Antisynergismus auf. Dieser basiert auf der Bildung einer Magnesiumphosphatbarriere, die die Effizienz von Phosphor als Radikalfänger einschränkt. Die Arbeit zeigt, dass die Aktivität von Phosphor als Flammschutzmittel in Thermoplasten vom Wassergehalt im Polymer, vom pH-Wert und von der Gegenwart einer funktionellen Gruppe abhängt. Die Effizienz von Phosphor als Flammschutzmittel in der Fest- oder Gasphase wird von den Brandbedingungen beeinflusst.

Polymers are flammable due to their chemical nature. As a consequence they must be treated with flame-retardants before they can be used in fields with high flammability risks, such as transport, electronic devices and building construction. The use of red phosphorus as a fire retardant has been encouraged because it is an environmentally friendly alternative to halogenated compounds. The intention of this thesis was to evaluate the potential of red phosphorus as a flame retardant and to determine its fire-retardant mechanisms in different thermoplastics. The thermal decomposition and combustion behaviour of HIPS, PBT and PA66 containing red phosphorus was studied. It further investigated how the activity and efficiency of red phosphorus in HIPS and PBT was influenced by additional flame retardants such as melamine polyphosphate, melamine cyanurate and magnesium hydroxide. The decomposition process was characterized by means of different thermogravimetric methods (TG-FTIR, TG-MS), and the combustion behaviour by cone calorimeter measurements at various external heat fluxes. The flammability was investigated with LOI and the residue of combustion was analysed by means of XPS. Based on these results models for decomposition process were postulated. Red phosphorus can act both by promoting char formation in the condensed phase, and through radical trapping in the gas phase. Red phosphorus acts in the condensed phase in PA66, and in the gas phase in HIPS. In PBT both mechanisms were observed, depending on the pH value. When red phosphorus is combined with fuel-dilution additives such as melamine species in HIPS and PBT, both flame retardants act independently. The combustion behaviour of the combined material can be described by superposition of the distinct flame-retarded materials. In the presence of a barrier former, such as magnesium hydroxide in HIPS, the gas-phase mechanism of red phosphorus remains unaffected; however, a slight anti-synergism results. This is based on formation of a magnesium phosphate barrier, which influences the efficiency of phosphorus as a radical trap. The results showed that the activity of phosphorus as a flame retardant in thermoplastics depends on the water content of the polymer, the pH value and the presence of functional groups in the polymer. The efficiency of phosphorus as a flame retardant in the condensed and gas phases depends on combustion conditions.