Bio-Phy-FR - Natürliche Flammschutzmittel auf der Basis von Phytinsäure für die textil- und kunststoffverarbeitende Industrie

Abstract

Datei-Upload durch TIB Halogenhaltige Flammschutzmittel für die textil- und kunststoffverarbeitende Industrie sind ökologisch bedenklich und gelten als stark gesundheitsgefährdend. Daher wird seit vielen Jahren nach Ersatzlösungen gesucht. Phosphor- und Stickstoffverbindungen stellen geeig-nete Alternativen dar, diese sind bisher allerdings nicht natürlichen Ursprungs. Phytinsäure ist hingegen eine natürliche Phosphorquelle, die sich z.B. durch Extraktion aus Weizenkleie und Ölsaaten sowie deren Reststoffen gewinnen lässt. Das DTNW hatte bereits gezeigt, dass sich Phytinsäure in Kombination mit stickstoffhaltigen Polymeren für die Flammfestausrüstung von Textilien eignet. Das bis hierher aufgezeigte Layer-by-Layer-Verfahren ist allerdings vielstufig und für eine kommerzielle Anwendung bisher zu teuer. Daher war es das Ziel des F&E-Vorhabens, mit unterschiedlichen synthetischen und natür-lichen Polyelektrolyten stabile, wasserunlösliche Komplexe mit Phytinsäure zu bilden, die über Beschichtungs- und Einarbeitungsverfahren auf und in unterschiedlichen textilen und nicht-textilen Substraten immobilisiert werden, um den derart behandelten Materialien flammfeste Eigenschaften zu verleihen. Im Zuge der Projektarbeit wurden zwei potente Flammschutzmittel auf der Basis natürlicher Phytinsäure in Kombination mit den Polyelektrolyten Polyvinylamin (nicht biobasiert) bzw. Chitosan (biobasiert) entwickelt und erfolgreich im Kilogrammmaßstab hergestellt. Die einstu-fige Beschichtung mit den hier entwickelten biobasierten FSM wurde am DTNW an unter-schiedlichen Textilien aus Baumwolle, Polyester sowie diversen Mischungen erfolgreich mit einer Rakeltechnik durchgeführt. Hierfür wurden die FSM in eine optimierte Bindermatrix eingebracht, die Fixierung erfolgte thermisch. Die Beschichtung führte in allen Fällen zu flammhemmenden Eigenschaften. Alle geprüften Materialien bestanden die Flächenbe-flammung gemäß DIN EN ISO 15025 sowie den Flammtest DIN 75200 (Automobilnorm) auch nach mindestens fünf Wäschen bei 40 °C. Außerdem wurden die biobasierten FSM bei Fraunhofer UMSICHT nach unterschiedlichen Verfahren und mit unterschiedlichen Zusätzen erfolgreich bis in den Kilogrammmaßstab in den biobasierten Kunststoff Polylactid (PLA) eingearbeitet. Die derart hergestellten und optimierten Prüflinge führten zu einer deutlichen Erhöhung der Brandklasse von UL-94 V-2 zu UL-94 V-0, ein brennendes Abtropfen wurde durch die Zugabe eines geeigneten Additivs vermieden. Gleichzeitig blieben die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs dadurch nahezu unverändert. Die im Rahmen des F&E-Vorhabens durchgeführten, anwendungsorientierten Arbeiten zur Verwendung von stabilen, wasserunlöslichen Phytinsäurekomplexen als FSM ermöglichen den potentiellen Anwendern im Bereich der textil- und kunststoffverarbeitenden Industrie somit, die für viele Anwendungen geforderten Flammschutzeigenschaften mittelfristig mit neuen, innovativen, biobasierten und gleichzeitig halogenfreien Produkten zu erfüllen. Daraus ergeben sich für die vielen deutschen KMU aus den genannten Branchen potentiell gänzlich neue Produktpaletten, bei denen der „grüne“ Charakter der FSM gegenüber bestehenden, oft kritisch gesehenen Lösungen auch im Marketing deutlich hervorgehoben werden kann. Neben den Hauptanwendern aus der deutschen textil- und kunststoffverarbeitenden Industrie können die Ergebnisse auch einen Innovationsschub für die mittelbar betroffenen Branchen im Bereich Landwirtschaft und Futtermittelindustrie (Quelle für Phytinsäure) sowie Verwertern von Bioabfällen aus der Fischerei (Chitin/Chitosan) bzw. neuen Chitinquellen aus der Insektenzucht leisten. Insgesamt leisten die hier generierten F&E-Ergebnisse somit einen Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit deutscher KMU. Dies kann dazu beitragen, dass in Deutschland bestehende Arbeitsplätze langfristig gesichert bzw. neue geschaffen werden.