Ökologische Alternative zur Fluorcarbonausrüstung

Neue Dispersionen schonen die Umwelt

Schutz- und Outdoorbekleidung erhalten ihre dauerhaft wasser-, schmutz- und ölabweisende Funktionen durch die Applikation von fluorierten Polymeren oder per- bzw. polyfluorierten niedermolekularen Chemikalien (PFC). Den vorteilhaften Eigenschaften, die damit auf Textilien erreicht werden, stehen ökologische und humanökologische Risiken gegenüber. Für Hersteller von Sport-, Medizin-, Schutz- und Automotive-Textilien haben Forscher des Sächsischen Textilforschungsinstituts e.V. und das Leibniz-Instituts für Polymerforschung flüssig applizierbare Dispersionen bzw. Lösungen entwickelt, um Textilien fluorfrei zu funktionalisieren. Die getesteten Outdoortextilien wiesen wasser- und insbesondere hohe ölabweisende Eigenschaften auf. Die neuen Dispersionen und Lösungen können die Ökosysteme entlasten.

Motivation

Fluorcarbone verleihen Textilien wie Feuerwehrkleidung, Wetterschutzjacken oder OP-Kitteln eine außergewöhnliche Eigenschaft: sie stoßen Wasser, Öl und Schmutz ab, das heißt, sie sind hydrophob und zugleich oleophob. Durch ihre extreme Langlebigkeit und Toxizität für Mensch und Umwelt muss ihre weitere Verwendung in Frage gestellt werden. Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS), auch als Ewigkeitschemikalien bezeichnet, bauen sich biologisch praktisch nie ab und reichern sich in der Umwelt zunehmend an. Aus diesem Grunde wird die Verwendung durch die europäische Chemikalienverordnung REACH reguliert und eine starke Einsatzbeschränkung angestrebt. Davon ist maßgeblich auch die Textilindustrie betroffen. Leistungsfähige fluorfreie Produkte zu entwickeln, gelang vor allem für ölabweisende Eigenschaften bisher nicht. Im IGF-Projekt „C6C8 turn green“ wurde von Textilforschern des STFI in Chemnitz und Chemikern am Leibniz-Institut für Polymerforschung nun eine ökologische Alternative zur Fluorcarbonausrüstung entwickelt.

Lösungsansatz

Im Fokus des Projektes stand die Verwendung von POSS- (polyedrische oligomere Silsesquioxane) und TRIS-Verbindung ([Tris(trimethylsiloxy)silyl]) für die Realisierung der medienabweisenden Wirkung. Es wurden gezielt Copolymersysteme aus tert-Butylmethacrylat (TBMA) und methacrylatfunktionalisiertem POSS (POS-SMA) und TRIS (TRISMA) synthetisiert. Für die Textilausrüstung wurden mittels Miniemulsionspolymerisation wässrige Dispersionen der Copolymersysteme hergestellt. Die Applikation auf die Textilien erfolgte im ersten Schritt mit der Aufbringung einer haftvermittelnden Polyaminausrüstung aus vernetzerhaltigen wässrigen Polyvinylamin- bzw. Chitosanformulierungen. In einem zweiten Prozessschritt wurde mit der Copolymerdispersion funktionalisiert. Die Applikation erfolgte jeweils mittels Foulards und anschließender thermischer Trocknung sowie Vernetzung.

Ergebnis

Zur Überprüfung der Wirksamkeit wurden entsprechend funktionalisierte Bauwollgewebe vor und nach definierten Waschzyklen bei 60 °C Waschtemperatur und einer anschließenden Trommeltrocknung bei 70 °C untersucht. Die Proben erzielten einen Kontaktwinkel gegen Wasser von bis zu 129° vor und 112° nach fünf Wasch- und Trockenzyklen. Mit Kontaktwinkeln gegen Ethylenglykol von bis zu 123° (vor der Wäsche) und 106° (nach der Wäsche) konnte eine oleophobe Wirkung nachgewiesen werden.

Der grundlegende Mehrwert einer PFC-freien Ausrüstung liegt in der Entlastung der Ökosysteme. Durch die Schaffung einer ökologischen Alternative kann der Eintrag von Schadstoffen in Luft, Wasser und Böden verringert werden. Für produzierende Textilunternehmen steht damit eine leistungsfähige Alternative zur Verfügung.