Nach dem derzeitigen Stand der Technik gibt es trotz intensiver Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Ausrüstung von Textilien mit fluorfreien Beschich­tungen für die Produktion von Outdoor- und Sportkleidung sowie ins­besondere für Schutztextilien mit hohen normierten Sicherheitsstandards gegenwärtig keine Alternativen zum Einsatz von Fluorpolymeren. Das Projektziel besteht daher in der Entwicklung anforderungsgerechter wasser-, öl-, schmutz- und me­dienabweisender Ausrüstungen und Funktionalisierungen Technischer Textilien und Textilien, die als Schutz- und Outdoor-Bekleidung geeignet sind. Für diese Entwicklung wird auf die Verwendung fluororganischer Verbindungen vollständig verzichtet. Die zu entwickelnden Ausrüstungen sind zudem gesundheitlich unbedenklich und werden durch ressourcenschonende Verfahren appliziert.

Damit bildet die angestrebte technologische Entwicklung die Basis für ökologisch und gesundheitlich unbedenkliche Textilien, die zum einen die humanökologischen Anforderungen des OEKO-TEX^® STANDARD 100 in Bezug auf den Parameter PFOA (Perfluoroctansäuren – C8) erfüllen und zum andern auch die absehbaren verschärfenden Novellierungen der REACH-Verordnung – dem Verbot der Verwendung per- und polyfluorierter Substanzen – berücksichtigt. Die Ausrüstung soll dabei mit Rezepturen und Technologien erfolgen, die eine optimale Balance zwischen produktspezifischer Performan­ce und humanökologischer Unbedenklichkeit schaffen. Durch Einsatzvermeidung und Substitution fluorierter Substanzen können daher nachhaltige Produkte (Bekleidungs-, Schutz- und Heimtextilien sowie Möbel) durch adaptierte Verarbeitung gestaltet werden. 2017 wurden noch jährlich rund 10.000 Tonnen umweltbedenklicher per- oder polyfluorierter niedermole­kularer Chemikalien (PFC) eingesetzt. Durch die Entwicklung und die Bekenntnisse der Textilindustrie zur PFC-Freiheit sollen die Verwendung von PFC stark reduziert und Alternativen geschaffen werden.

Im Projekt werden beispielhaft textile, cellulose- bzw. PET-basierte Gebilde mit ultrahydrophoben Oberflä­cheneigenschaften ausgerüstet, die definitionsgemäß durch Wasserfortschreitkontaktwinkel q_adv > 150° bei ver­nachlässigbarer Kontaktwinkelhysteresen gekennzeichnet sind. Unter Verwendung neuartiger hybrider siliciumorganischer Moleküle soll unter Erhalt des synthetischen Konzepts eine kombinierte ultrahydrophobe und oleophobe Oberflächenausrüstung erreicht werden.

Das Forschungsvorhaben zielt mit der Entwicklung von fluorfreien Oberflächenmo­difikatoren (Herstellung von chemischen Erzeugnissen) auf eine nachhaltige Ausrüstung textiler Gebilde ohne Einschränkung ihrer funktionellen Eigenschaf­ten ab. Es sollen fluorfreie ultrahydrophobe, ölabweisende schmutzabweisende Textilausrüstungen nach einem neuartigen Konzept synthetisiert, appliziert und funktional geprüft werden.

Dabei wird folgender Ansatz avisiert:

1. Adsorptive Anbindung wasserlöslicher Polymere, wie bspw. Polyamine als reaktive Anker für Nachfunktionalisierungsreaktionen an das textile Gebilde ohne chemische Reaktion der haftvermittelnden Schicht mit Oberflächengruppen (bspw. Hydroxylgruppen der cellulosebasierten Baumwolle).
    
2. Irreversible adsorptive Anbindung an die textilen Fasern durch partielle Nachvernetzungen mit bi- bzw. multifunktionellen Reagenzien innerhalb der Adsorptionsschicht
    
3. Kovalente Kopplung von Tris-(trimethylsiloxy)silyl-Verbindungen (TRIS), die in der Position eine funktionelle Gruppe enthalten, die gegenüber Aminogruppen reaktiv ist. In der Position des Moleküls befinden sich sterisch anspruchsvolle Gruppen, die zu hydrophoben Oberflächeneigenschaften führen.
    
4. Durch die Variation der Propfdichte der TRIS wird das Benetzungsverhalten der textilen Substrate gegenüber kontaktierendem Wasser kontrolliert. Als kovalent koppelnde Beschichtungen können alternativ Co-Polymere aus Estern der Methacrylsäure hergestellt werden. Diese enthalten neben Methylmethacylateinheiten auch Sequenzen mit Glycidylmethacrylat als reaktive Komponente für die Polyamine und 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propylmethacrylat als hydrophobierende Komponente.
    
5. Zum Erreichen der oleophoben, schmutzabweisenden Oberflächeneigenschaften wird der sterische Anspruch in der Position des TRIS von Methyl- über Isobutyl- zu Trimethylsilylresten erhöht. Dabei wird die Faseroberfläche durch sich nach außen ausrichtende Kopfgruppen abgeschirmt und die außenstehenden Gruppen (kurze Alkylreste) verhindern ein Solvieren durch Öle. Im Erfolgsfall würde eine fluorfreie Substanzklasse geschaffen, die sowohl eine hydrophobe als auch eine oleophobe und schmutzabweisende Oberflächenmodifizierung ermöglicht.
    
6. Für die ultrahydrophobe bzw. oleophobe Oberflächenausausrüstung ist weiterhin eine hinreichende Rauheit mit bestimmtem Aspektverhältnis der auszurüstenden Oberflächen, die sich synergistisch aus einer mikro- und einer nanoskaligen Rauheit zusammensetzt. Auch wenn Textiloberflächen naturgemäß eine Rauheit aufweisen, müssen sie nicht a priori den Anforderungen für das Erreichen ultrahydrophober bzw. oleophober Eigenschaften entsprechen. Aus diesem Grunde ermöglicht das oben beschriebene synthetische Konzept bei Bedarf die kovalente Integration von silicatischen Nano- und/oder Mikropartikeln in die Funktionalisierungsschicht zur gezielten Einstellung der Rauheit.

Im Rahmen des Projektes sollen Erkenntnisse zur Entwicklung effektiver anforderungsgerechter wasser-, öl-, schmutz- und medienabweisender Ausrüstungen erarbeitet und deren Anwendbarkeit auf Technischen Textilien und Textilien, die als Schutz- und Outdoor-Bekleidung in ihrer Wirksamkeit demonstriert werden. In dem Projekt sollen die Funktionalisierungen und die Anwendung auf Textilien optimiert werden. Damit werden Untersuchungen und grundlagenbasierte Entwicklungsarbeiten für die KMUs in den Bereichen Textil, Ausrüstungen sowie Applikationsverfahren, die nicht über ausreichende personelle und finanzielle Kapazitäten verfügen, komplementär bereitgestellt. Die internationale Wettbewerbsfähigkeit dieser KMUs wird damit erhöht.

Der potenzielle Nutzerkreis besteht aus Textilunternehmen, Unternehmen der chemischen Industrie, dem Maschinen- und Anlagenbau, Herstellern und Anwendern von Ausrüstungen. Die Entwicklung fluorfreier Konsumgüter und Gebrauchsgegenstände kommt dem gestiegenen und steigenden Bewusstsein für eine gesunde und nachhaltige Lebensweise entgegen, die es-sentiell mit dem Leben in einer intakten Umwelt verknüpft ist.

Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung neuer PFC-freier Ausrüstungsmittel, die für Objektmöbel, Outdoor-Textilien (z. B. Outdoor-Möbel, Sonnensegel) und Funktionstextilien (Sportbekleidung) sowie Schutzkleidung eingesetzt werden können. Die Entwicklungen richten sich u.a. an kleine und mittlere Unternehmen (KMU) im Bereich der technischen Textilien), insbesondere HOMETECH , SPORTTECH, PROTECH und CLOTHTECH. Diesen Unternehmen wird die Möglichkeit gegeben, mit der Verwendung funktionsgerechter Ausrüstungen oder optimierter Funktionalisierungstechnologien ihr Geschäft unter Nutzung ihrer Kernkompetenzen auszubauen. Innovative Materialentwicklungen sind für die deutsche Textilindustrie von großer Bedeutung, um diesen Technologievorsprung auf dem europäischen und internationalen Markt zu festigen bzw. zu etablieren.