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Faszination Textil

Funktionalisierung I Verbundwerkstoffe

C6C8 turn GREEN

Lyophobierung – Fluorfreie Ausrüstung von textilen Flächengebilden: Das Projekt zielt mit der Entwicklung von fluorfreien Oberflächenmodifikatoren auf eine nachhaltige Ausrüstung von Textilien ohne Einschränkung ihrer funktionellen Eigenschaften ab. Es sollen ultrahydrophobe, ölabweisende und schmutzabweisende Textilausrüstungen nach einem neuartigen Konzept synthetisiert und appliziert werden. Die Entwicklungen richten sich an kleine oder mittlere Unternehmen im Bereich der technischen Textilien, HOMETECH, SPORTTECH, MEDTECH, PROTECH, MOBILTECH. Mit der Verwendung funktionsgerechter Ausrüstungen sollen diese ihr Geschäft unter Nutzung ihrer Kernkompetenzen ausbauen.

 

Ihre Ansprechpartner

Projektpartner

Dr. rer. nat. Ralf Lungwitz
+49 371 5274-248
E-Mail

Sächsisches Textilforschungsinstitut (STFI)
An-Institut der Technischen Universität Chemnitz
Annaberger Straße 240
09125 Chemnitz
Deutschland


Dr. Cordelia Zimmerer
+49 351 4658-782
E-Mail

 

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
Hohe Straße 6
01069 Dresden
Deutschland

Forschungsvereinigungen

Allgemeine Informationen


Koordination

Forschungskuratorium Textil e.V. und Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Technologiegebiet

Chemische Erzeugnisse, Technische Textilien, Ausrüstungstechnologie, Materialforschung

Anwendungsgebiet

Ökologische permanenten wasser-, schmutz- und ölabweisenden Ausrüstung für technischen Textilien im Bereich HOMETECH, SPORTTECH, MEDTECH, PROTECH, MOBILTECH

Kurzbeschreibung

Die Forderung nach permanenten wasser-, schmutz- und ölabweisenden Eigenschaften von Funktionstextilien wird nach dem gegenwärtigen Stand der Technik durch Applikation mit fluorierten Polymeren oder per- bzw. polyfluorierter niedermolekularer Chemikalien erzielt.

Den vorteilhaften Eigenschaften, die mit fluorhaltigen Verbindungen auf Textilien erreicht werden, stehen ökologische und humanökologische Risiken gegenüber. Eine Verwendung fluorhaltiger Verbindungen wird von der konsolidierten Fassung der REACH-Verordnung stark reglementiert und nur für bestimmte Anwendungen zeitlich begrenzt erlaubt. Gegenwärtig befassen sich führende Textilhilfsmittelhersteller mit der Entwicklung leistungsfähiger fluorfreier Alternativen. Leider zeigen Studien, dass diese Produkte den Anforderungen im Bereich der Ölabweisung im Vergleich zu Fluorcarbonausrüstungen nicht genügen.

Das Projekt befasst sich daher mit der Entwicklung von fluorfreien Oberflächenmodifikatoren, die zur permanenten wasser-, schmutz- und ölabweisenden Ausrüstung von Technischen Textilien. Die Anwendungsgebiete umfassen die Bereiche der Arbeits-, Medizin, Funktions-, Schutz- und Outdoor-textilien. Den lyophoben Textilausrüstungen liegt ein neuartiges Konzept zu Grunde. Unter Verwendung von Tris-(trimethylsiloxy)silyl-Verbindungen werden Substanzgruppen synthetisiert, entsprechend der textilen Anwendungsgebiete modifiziert und anschließend auf die Textilien appliziert. Durch Synergieschlüsse mit bekannten Verbindungsklassen werden toxische und umweltrelevante Risiken bereits im Designstadium minimiert. Die Entwicklungen richten sich an KMU im Bereich der technischen Textilien, HOMETECH, SPORTTECH, MEDTECH, PROTECH, MOBILTECH. Mit der Verwendung funktionsgerechter Ausrüstungen sollen die KMU aus dem Bereich der chemischen Industrie, der Textilindustrie, des Maschinen- und Anlagenbaus sowie Hersteller und Anwender von Ausrüstungen ihr Geschäft unter Nutzung ihrer Kernkompetenzen ausbauen.

Projektlaufzeit

01.07.2022 – 31.12.2024

Partner

2 Partner

 

Motivation


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 qadv > 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.

 

Ziel und Lösungsweg


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.

 

Wirtschaftliche Bedeutung für kleine oder mittlere Unternehmen


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.

 

Mitglieder des Projektbegleitenden Ausschusses

  • UVEX SAFETY Textiles GmbH
  • Textilausrüstung Pfand GmbH
  • Zschimmer & Schwarz Mohsdorf GmbH & Co. KG
  • Rudolph Group
  • Lydall Gutsche GmbH & Co. KG
  • BWF Tec GmbH & Co KG
  • Gebr. Röders AG
  • Industrieverband Veredlung - Garne - Gewebe - Technische Textilien e.V. (IVGT)
  • CHT Germany GmbH
  • Trans-Textil GmbH
  • TTC Technische Textilien Consulting
  • Tenowo GmbH

 

  • lifetexsafety GmbH
  • Theodolf Fritsche GmbH & Co. KG
  • Schneider Veredlung
  • Textilchemie Dr. Petry GmbH
  • Sandler AG
  • Mewa Textil-Service AG & Co Management OHG
  • Deutscher Textilreinigungsverband e.V
  • vti - Verband der Nord-Ostdeutschen Textil- und Bekleidungsindustrie e.V.
  • Schümer Textil GmbH functional textiles
  • Verband der Deutschen Heimtextilien-Industrie e.V.
  • Laser Zentrum Hannover e.V.
  • Institut für Korrosionsschutz Dresden GmbH

 


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