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01.02.2020 | Research Article | Ausgabe 2/2020

Experiments in Fluids 2/2020

Investigation of flame retarded polypropylene by high-speed planar laser-induced fluorescence of OH radicals combined with a thermal decomposition analysis

Zeitschrift:
Experiments in Fluids > Ausgabe 2/2020
Autoren:
Christopher Geschwindner, Daniela Goedderz, Tao Li, Jan Köser, Claudia Fasel, Ralf Riedel, Volker Altstädt, Christian Bethke, Florian Puchtler, Josef Breu, Manfred Döring, Andreas Dreizler, Benjamin Böhm
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (https://​doi.​org/​10.​1007/​s00348-019-2864-5) contains supplementary material, which is available to authorized users.

Publisher’s Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.

Abstract

The combustion of micrometer-sized polypropylene (PP) particles is analyzed in situ using a combination of high-speed planar laser-induced fluorescence of the OH radical (OH-PLIF) and a thermal decomposition analysis. The gas phase is investigated by multiple analytical techniques to gain comprehensive knowledge on the decomposition products of flame retardants and their effect on the combustion process. Neat PP is compared with a formulation consisting of 10 wt% of a phosphorus-containing flame retardant (pentaerythritol spirobis(methylphosphonate), PSMP) which is known to provide gas phase activity. The decomposition of the neat flame retardant, PP and the flame retardant formulation is investigated using a simultaneous analysis (STA) consisting of a thermal gravimetric analysis and a differential thermal analysis device which is coupled to Fourier-transform infrared spectroscopy and mass spectrometry devices. By this, the release of decomposition products of the flame retardant additive can be determined. The excitation of OH radicals is used to temporally track the diffusion flame surrounding the particles during combustion in a laminar flow reactor. The radial distance to the peak reactivity zone of flame retardant containing particles increased by about 70 µm compared with neat PP particles. Tracking the peak OH signal in the diffusion flame, during ignition and the early phase of combustion, a decrease in the peak intensity is observed for flame retardant polymer particles. Additionally, cone calorimeter tests are used to evaluate the combustion behavior as a standard test in flame retardancy.

Graphic abstract

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