Biobasierte Fasern mit gutem Flammschutz
Fasern aus biobasierten Kunststoffen verringern die Abhängigkeit von
fossilen Rohstoffen und fördern die Kreislaufwirtschaft. Die chemische
Anbindung flammhemmender Additive kann diesen Fasern den Weg in den
Massenmarkt öffnen.
Die jüngste Brandkatastrophe in der Schweiz hat offenbart, wie
entscheidend die Verwendung von flammgeschützten Materialien als
Baustoffe, Isolierungen und in vielen anderen Alltagsgegenständen ist.
Textilien mit flammhemmender Wirkung erfüllen hier eine besonders wichtige
Funktion, denn sie werden in erheblichen Mengen genutzt - nicht nur in
Werkstoffen für den Bau, sondern auch für Sicherheits- und Schutzkleidung,
in Fahrzeuginnenräumen und für das Wohninterieur, so in Teppichen in
Polstermöbeln.
Bereits seit Jahrzehnten nutzt man flammhemmende Verbindungen für
synthetische Fasern. Gute Wirksamkeit zeigen dabei anorganische, bromierte
oder phosphororganische Verbindungen, die besonders in Polyesterfasern
angewendet werden. Phosphorverbindungen sind etwas weniger
umweltschädlich, wenn sie freigesetzt werden und daher oft die erste Wahl.
Ihre Wirksamkeit beruht darauf, dass sie eine schützende
Verkohlungsschicht bilden und Radikale abfangen, was die Entflammbarkeit
des Materials reduziert. Die Freisetzung giftiger Gase und weitere
Hitzeentwicklung wird eingeschränkt.
Seit einigen Jahren ist ein Wandel in der Verwendung synthetischer Fasern
hin zu biobasierten Fasern zu beobachten. Wenngleich deren Marktanteil im
Vergleich zu etablierten synthetischen Fasern wie Polyester oder
Polypropylen noch klein ist, so verzeichnen sie doch ein stetiges
Wachstum. Biobasierte Fasern gewinnen an Bedeutung, da sie den Bedarf an
fossilen Rohstoffen verringern. Gleichzeitig unterstützt deren Verwendung
die Kreislaufwirtschaft und reduziert Treibhausgasemissionen.
Ein persistenter und effektiver Flammschutz in biobasierten Fasern, der
zudem günstig und umweltverträglich ist, könnte biobasierten Textilien
einen Innovationsschub verleihen und zu einer deutlichen Expansion in den
Markt beitragen. An dieser Stelle setzt das Forschungsteam „Polymere und
Faserverbunde“ der DITF mit der Entwicklung eines flammgeschützten,
biobasierten Kunststoffs namens Polyethylenfuranoat (PEF) an. PEF ähnelt
in vielen Eigenschaften dem verbreiteten Polyethylenterephthalat (PET),
ist im Gegensatz zu diesem aber aus biobasierten Monomeren aufgebaut.
Während PEF technologisch bereits weit entwickelt ist und sich auf dem Weg
in den Massenmarkt befindet, fehlt es bisher an einem Flammschutz, durch
den ein breiter Einsatz im textilen Sektor ermöglicht würde.
An den DITF wird PEF nicht nur in hauseigenen Reaktoren selbst
synthetisiert. Es wurden auch umfangreiche Versuchsreihen gefahren, um
verschiedene phosphorbasierte Flammschutzmittel in unterschiedlichen
Konzentrationen auf ihre Eignung zu bewerten. Wichtig sind den
Forscherinnen und Forschern dabei zwei Dinge: Zum einen soll das
Flammschutzmittel chemisch an die Polymermoleküle angebunden werden, um
ein Ausbluten zu verhindern. Das ist bei Fasern wegen ihres geringen
Durchmessers und ihrer hohen spezifischen Oberfläche entscheidend, um
einen langfristigen Brandschutz zu gewährleisten. Zum anderen soll das
Flammschutzmittel in geringstmöglicher Konzentration und dennoch
bestmöglicher Wirkung verwendet werden. Denn trotz ihrer guten
Brandschutzeigenschaften ist allen gängigen Additiven gemein, dass sie
potentiell gesundheitsschädlich und bei Freisetzung in die Umwelt schwer
abbaubar, da chemisch stabil sind. In Denkendorf ist es nicht nur
gelungen, diese Anforderungen zu erfüllen. Es konnte zudem durch eine
Festphasenkondensation der synthetisierten Polymere das Molekulargewicht
erhöht werden um Fasern höherer Festigkeit auszuspinnen.
Untersuchungen des thermischen und rheologischen Verhaltens grenzte die im
Spinnprozess einsetzbaren Polymere mit verschiedenen
Flammschutzmittelkonzentration
einer flammschutzmittelfreien PEF-Referenz eine PEF-Variante, die fünf
Gramm Phosphor je Kilogramm Polymer in Form copolymerisierter
Organophosphorverbindungen enthielt. Die im Spinntechnikum gewonnenen
Fasern verarbeitete man zu textilen Flächen, die Brandprüfungen unterzogen
wurden. Die mit Flammschutz ausgerüsteten Gestricke zeigten eine deutlich
verminderte Brennbarkeit. Flammgeschützte, biobasierte PEF-Fasern werden
an den DITF auch in Zukunft weiter erforscht.
