PFAS-freie Outdoorbekleidung: Für Jacke wie Hose – Alternativen für PFAS in Textilien
Wandern, Joggen, Velofahren – bei Outdoor-Aktivitäten kann man leicht von
Wind und Wetter überrascht werden. Moderne Funktionskleidung kann
wasserdicht und schmutzabweisend sein, ist dafür aber oft mit PFAS-
haltigen Chemikalien imprägniert. Es ist nicht leicht, diese belastenden
Substanzen zu ersetzen. Forschende der Empa entwickeln daher gemeinsam mit
Textilherstellern eine Technologie, mit der Ersatzstoffe für PFAS gefunden
und präziser eingesetzt werden können – ganz nach dem Safe-and-
Sustainable-by-Design-Prinzip.
Damit Funktionskleidung allen Wettern trotzt, ist eine chemische
Imprägnierung nötig. Regenjacke, Badehose & Co mit einer PFAS-haltigen
Beschichtung tragen dadurch allerdings zur Umweltbelastung mit den Fluor-
haltigen Ewigkeitschemikalien bei. Die Substanzgruppe zu ersetzen, ist
nicht trivial, da sie über ausgezeichnete Eigenschaften verfügt: PFAS sind
wasser-, schmutz- und fettabweisend. Daher arbeiten Empa-Forschende
gemeinsam mit Partnern aus der Industrie daran, Technologien und
Materialien zu entwickeln, mit denen sich PFAS-freie Textilien mit den
gewünschten Eigenschaften nachhaltig und wirtschaftlich herstellen lassen.
Entstanden war das innovative Vorhaben aus dem Netzwerk Subitex, einer
langjährigen Zusammenarbeit zwischen Unternehmen des Schweizer
Textilverbandes Swiss Textiles und der Empa in St. Gallen. Das von der
Innosuisse geförderte Projekt «EC0Tex» hat zum Ziel, wasserabweisende
Beschichtungen für textile Garne zu erzeugen, indem Fluor-freie Substanzen
in einer eigens entwickelten Plasmabeschichtungsanlage eingesetzt werden.
Kürzlich wurde das Projekt auf der Internationalen Fachmesse «Techtextil»
in Frankfurt am Main denn auch mit dem «Innovation Award» für
Nachhaltigkeit und Innovation ausgezeichnet.
Ersatz ohne Reue
Zentral im Projekt «EC0Tex» ist dabei der «Safe and Sustainable by
Design»-Grundsatz, kurz SSbD. «Bei der Suche nach Alternativen zu PFAS
geht es darum, keinesfalls sogenannte Regrettable Substitutes zu erzeugen,
also Ersatzstoffe, die sich im Nachhinein als ähnlich schädlich
herausstellen wie die ursprünglich verwendete Chemikalie», sagt Empa-
Forscher Dirk Hegemann vom «Advanced Fibers»-Labor in St. Gallen. Daher
gleicht das Team um Dirk Hegemann, Martin Amberg und Patrick Rupper
bereits früh im Entwicklungsprozess die Bedürfnisse von Industrie, Umwelt
und Gesellschaft anhand von Risikoanalysen miteinander ab und filtert jene
Materialien und Technologien heraus, die bei den gewünschten
Eigenschaften, der Nachhaltigkeit oder der Wirtschaftlichkeit durchfallen.
Umhüllt bis in die Tiefe
Gemeinsam mit den Umsetzungspartnern aus der Schweizer Textilindustrie
Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG und Seilfabrik Ullmann AG entsteht so ein
neuartiges industrietaugliches Imprägnierverfahren mittels
Plasmatechnologie. Denn PFAS-freie Substanzen müssten mit herkömmlichen
Techniken in zu grossen Mengen eingesetzt werden, um die
Materialeigenschaften von PFAS-beschichteten Textilien zu erzeugen. Die
Folge: Punkteabzug bei Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit, was die
Suche nach gangbaren Alternativen nach SSbD-Massstäben zu einer
Herausforderung macht.
Die neue Plasmaanlage, die hierfür gemeinsam mit den Empa-Forschenden
konzipiert wurde, ermöglicht es indes, äusserst dünne Beschichtungen auf
die Einzelfasern in einem Garn aufzubringen. «So können wir die Menge der
verwendeten Chemikalien deutlich verringern und gleichzeitig eine
umfassende Imprägnierung der Garne erzielen», sagt Hegemann. Die auf diese
Weise erzeugten Garne könnten direkt zur Produktion von Outdoor- und
Sportbekleidung, aber auch Seilen eingesetzt werden, so der Forscher.
Bei der plasmainduzierten Beschichtungstechnik wird mittels elektrischer
Gasentladung in einer Kammer Plasma erzeugt. Da hierbei hohe Energie bei
niedriger Temperatur zur Verfügung gestellt wird, verdampfen die
Chemikalien in der Kammer und bilden reaktive Spezies, die an die
Einzelfasern eines Garns andocken. Üblicherweise können so jedoch
lediglich die äussersten Fasern eines Textils imprägniert werden. «Wir
haben einen neuen Ansatz verfolgt: Die neue Plasmabeschichtungsanlage
erzeugt unterschiedlich reaktive Spezies, die auch tief in die
Garnstruktur eindringen können», erklärt Empa-Forscher Dirk Hegemann. So
ergebe sich eine beständige und durchdringende Beschichtung.
Herausforderung: Fett und Schmutz
Als Alternative für PFAS untersuchen die Forschenden nun, wie
siliciumorganische Verbindungen zur Imprägnierung eingesetzt werden
können. Die Unbedenklichkeit auch bei Umweltexposition etwa durch Abrieb
oder Waschen muss dabei genau analysiert werden. Erste Analysen zeigen,
dass die siliciumorganischen Verbindungen hochvernetzte Schichten mit
hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf Wasserabweisung und
Schnelltrocknung bilden, die jene von PFAS-Imprägnierungen punkto
Beständigkeit sogar noch übertreffen.
Eine Herausforderung ist derzeit noch die Fett- und Schmutzabweisung, die
PFAS-Textilien leisten können. Hier seien weitere Arbeiten nötig, um PFAS
in Textilien wie Arbeitsschutzbekleidung ersetzen zu können, so Hegemann.
Die grosse Gruppe der siliciumorganischen Verbindungen eröffne hier eine
Vielzahl von Möglichkeiten. Dank der Plasmatechnologie besteht nun auch
die Möglichkeit, durch Anpassungen der Ausgangssubstanzen und
Beschichtungsbedingungen weitere neue Lösungen zu finden und auf die
gewünschten Eigenschaften der Textilien masszuschneidern – und dabei
gleichzeitig die «Safe and Sustainable by Design»"-Grundsätze im Auge zu
behalten.
Zum Video: https://www.youtube.com/watch?
Box 1
Technology Briefing: Safe and Sustainable by Design (SSbD)
Am 25. Juni findet das Technology Briefing zu "Safe and Sustainable by
Design" (SSbD) an der Empa in Dübendorf statt. Forschende der Empa und
Industriepartner geben praxisnahe Einblicke und zeigen anhand konkreter
Beispiele, welche Chancen SSbD für sichere und zukunftsfähige Innovationen
bietet. Die Veranstaltung wird von der Empa-Akademie organisiert und die
Teilnahme ist kostenlos.
Unter dem folgenden Link können Sie sich anmelden: https://www.empa-
akademie.ch/ssbd
Box 2
Belastung für Generationen: PFAS in der Umwelt
PFAS-Chemikalien landen in der Umwelt und belasten diese für Generationen.
Dabei reichern sich die Substanzen dieser riesigen Stoffklasse in der
Umwelt, manche sogar im menschlichen Körper an. PFAS stehen mit
verschiedenen Krankheiten wie Krebs, Stoffwechselstörungen oder
Immunschäden in Verbindung. Zudem sind Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit
und auf Babys im Mutterleib bekannt. Daher ist der Einsatz unbedenklicher
Alternativen dringend nötig. Die Ausgabe #2 der Pocket Facts liefert
Fakten zur Belastung durch diese problematisch Stoffklasse - und zeigt
auf, was Empa, Eawag und das Oekotoxzentrum dagegen unternehmen.
Mehr Infos: https://www.empa.ch/web/pfas
