Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neue stickstoff- und phosphormodifizierte Verbindungen für den permanenten Flammschutz

von Textilien via Sol-Gel-Applikation

Viele in der Textilindustrie derzeit verwendete Flammschutzmittel basieren auf halogenhaltigen Verbindungen die bezüglich ihres toxikologischen und bioakkumulierenden Eigenschaften vor dem Verbot stehen. Ein Ersatz ist nötig und Phosphor- und stickstoffhaltige Verbindungen bieten eine entsprechende Alternativen. Bei Effektivität und Beständigkeit müssen aber Kompromisse eingegangen werden. Ziel des Projektes ist die Synthese verschiedener Verbindungen und ihre Applikation im Sol-Gel-Verfahren um flammgeschützte Textilen zu erhalten. Dabei sollen neue Silane synthetisiert werden, die mit sticktstoff- und phosphorreichen Gruppen funktionalisiert sind. Über den Sol-Gel-Prozess bilden sie anorganisch-organische Hybridnetzwerke. Die Flammschutz-relevanten Gruppen sind dabei kovalent im Netzwerke gebunden. Diese Bindung soll neben einem guten Flammschutz auch eine hohe Waschbeständigkeit gewährleisten. Die wirtschaftliche Bedeutung der Entwicklung effizienter und beständiger Flammschutzausrüstungen, insbesondere für Textilveredler (KMU) ist sehr hoch. Es besteht ein Bedarf nach neuen, effektiven und vor allem halogen-freien Ausrüstungen, da viele bekannte Systeme aufgrund des erwarteten Verbotes halogenhaltiger Flammschutzmittel ersetzt werden müssen und die Flammschutzanforderungen von Textilien steigen. Verfügbare halogen-freie Flammschutzausrüstungen für Textilien erweisen sich oft als wenig beständig oder müssen über Spezialverfahren appliziert werden, die für den einzelnen Textilveredler nicht zur Verfügung stehen. Hier kann der Einsatz neuer Systeme, die mit konventionellen Verfahren applizierbar sind, einen großen Wettbewerbsvorteil für KMU erzeugen. Um die Umsetzung des Ansatzes nach Projektende sicherzustellen suchen die Antragsteller nicht nur die enge Diskussion mit Textilveredlern, sondern gezielt auch mit Firmen aus dem Bereich Textilchemie und den Verbänden welch das Interessen der KMU vertreten, was sich auch im Projektbegleitenden Ausschuss widerspiegelt.

Ergebniszusammenfassung:

In diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, wie aus phosphor- und stickstoffhaltigen Silanen halogenfreie Flammschutzmittel verwirklicht werden können. Die Sol-Gel-Schicht fungierte dabei zum einen als nicht brennbarer Binder, zum anderen konnten flammschutzaktive Gruppen über das Anbinden von Phosphorgruppen an kommerziell verfügbare Silane direkt mit eingebracht werden. Verschiedene Syntheseansätze wurden dabei verfolgt, wobei durch alle hergestellten N-P-Silane ein Flammschutz nach DIN EN ISO 15025 erhalten wurde. Es konnte gezeigt werden, dass ein Mechanismus auf Basis der Bildung einer Schutzschicht hauptsächlich verantwortlich für den Flammschutz ist. Durch Ausrüstungsversuche im semi-industriellen Maßstab konnte weiterhin gezeigt werden, dass einer großtechnischen Umsetzung der angewandten Ausrüstungen prinzipiell nichts im Wege steht. Je nach funktioneller Gruppe am Phosphor konnte die Wasserlöslichkeit und die Waschstabilität kontrolliert werden. Dabei konnte gezeigt werden, dass hydrophobes N-P-Silane eine bessere Waschbeständigkeit aufweisen. Hydrophile N-P-Silane erhalten diese erst bei Fixierungstemperaturen von 180 °C. Ausgehend von den Ergebnissen konnten sticktstoffgenerierende und cyanursäure-basierte N-P-Silane entwickelt werden, welche sich besonders in einer guten Flammschutzwirkung bei Mischgeweben auszeichnen. Die im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens durchgeführten Arbeiten zur Synthese von maßgeschneiderten N-P-Silanen erweitern den derzeitigen Kenntnisstand der Silanchemie und eröffnen gleichzeitig deren potentielle Verwendung als permanente, halogenfreie Flammschutzmittel für die Textilindustrie, wo effiziente Ersatzprodukte für die stark umwelt- und gesundheitsbelastenden Produkte auf Halogen- (insbesondere Brom-) Basis seit langer Zeit gefordert werden.