BioFilter - Biogene Filtermedien auf Basis thermoplastischer Polymere und Fasern

Abstract

Eine breite Akzeptanz und stetiges Wachstum der Einsatzmengen industriell verfügbarer, biobasierter Rohstoffe setzt deren vollumfängliche Eignung für möglichst viele Konsumgüterprodukte voraus. Aufgrund seiner industriellen Verfügbarkeit gilt das biobasierte Polyester Polymilchsäure (Polylactid, PLA) als perspektivisches Material, um Polyethylenterephthalat (PET) und PP in technischen Textilprodukten zu ersetzen. Mit der Entwicklung neuer textiler Materialien aus biobasierten Komponenten soll nicht nur die Nachhaltigkeit entlang der gesamten Wertschöpfungskette verbessert, sondern auch die Wettbewerbsfähigkeit des Filterprodukts erhöht werden. Der Bedarf an hoher Luftqualität in Innenräumen wird durch den kontinuierlich wachsenden Einsatz geeigneter Filtermedien gedeckt. Da diese technischen Textilen heute noch zum überwiegenden Teil aus fossilen Werkstoffen oder Glasfasern hergestellt werden, befasst sich das Forschungsprojekt BioFilter mit textil-technischer Prozessierung und Funktionalisierung von biobasierten und biologisch abbaubaren PLA-Fasern und Vliesstoffen sowie mit derer ausführlichen Charakterisierung im Hinblick auf das Einsatzpotenzial der biogenen Filtermedien für die Luftfiltration. Dabei standen die Reduzierung der Hydrolyseempfindlichkeit und die Optimierung der thermischen/mechanischen Eigenschaften im Fokus des Vorhabens. Zum Erreichen dieser Ziele wurden Versuchsmedien (Spinn- und Meltblownvliesstoffen) an der Forschungseinrichtung (FE) 2 unter Variation von Prozessparametern, sowie des PLAGranulates und deren Mischungen großflächig angefertigt. An der FE 1 wurde eine Kombination der Untersuchungsmethoden zur Evaluierung der durablen Eigenschaften der abbaubaren Materialen, inklusive neuen Modellen zur Lebensdauervorhersagen, ausgearbeitet. Die Untersuchungen der für das Projekt angefertigten Monofilamente aus PLA sowie aus deren Mischungen mit Polybutylensuccinat (PBS) und Hochtemperatur-PLA konnten wichtige Erkenntnisse zu den thermischen, mechanischen Eigenschaften sowie zum Langzeitverhalten der Biopolymere geben. Die Bewertung der Hydrolyseempfindlichkeit von PLA-basierten Materialien machte deutlich, dass die industrielle Verarbeitung bei hohen Temperaturen und undefinierten Luftfeuchtigkeit bereits zu einem signifikanten Abbau der Molmasse führt. Die künstliche Alterung im Klimaschrank und die darauffolgende Lebensdauervorhersage bestätigen, dass durch einen hohen Streckungsgrad, trotz reduzierter Molmasse des Polymers, eine hohe Hydrolysebeständigkeit der industriell hergestellten Monofilamente erreicht werden konnte. Durch die Verwendung von PLA-Blends (z.B. mit PBS) konnte zwar eine höhere Zähigkeit, doch keine geringere Hydrolyseempfindlichkeit erreicht werden. Die Untersuchungen der künstlich gealterten Vliesstoffe im Klimschrank und auch im Filtrationseinsatz lieferten ähnliche Ergebnisse. An dieser Stelle konnten die Messdaten, aufgrund der großen Inhomogenität der Materialien, jedoch nicht eindeutig ausgewertet werden. Die erkennbaren Tendenzen ähneln jedoch, den Erwartungen entsprechend, den Ergebnissen der PLA Monofilamente. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden wichtige wissenschaftliche-technische und verfahrenstechnische Erkenntnisse gewonnen, welche die FuE zur Verwendung von biogenen Materialien in der Luftfiltration deutlich voranbringen können. Das nachgewiesene Potenzial zur Nutzung des biobasierten Polymers PLA und seiner Mischungen mit PBS, Bio-PE, auch in Form von biko-Fasern in der Produktion von anwendungsspezifischen biogenen Filtermedien für, z.B. raumlufttechnische (RLT) Anlagen, stellt für deutsche Textilunternehmen sowie Filterhersteller eine Chance dar, ihr Produktportfolio auf biobasierte Ressourcen umzustellen und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit zu leisten. Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden damit erreicht.