Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Cyclophosphazene als umweltfreundliche halogenfreie permanente Flammschutzausrüstung textiler Materialien

Cyclophosphazene (CPZ) sind anorganische Makromoleküle mit flammhemmenden Eigenschaften auf Grund eines hohen Phosphor- und Stickstoffanteils. Im jüngst abgeschlossenen Forschungsvorhaben (IGF Nr. 18213N) mit wasserlöslichen Polyphosphazenen, wurde auch zwei Beispiel-CPZ, als Vergleich zum Polyphosphazen, hergestellt. Dieses CPZ ließ sich auf unterschiedliche textile Materialien (Baumwolle, PET und Mischgewebe) aus wässriger Lösung applizieren, wobei eine waschbeständige Flammschutzausrüstung erhalten wurde. Der Vorteil des CPZ gegenüber dem polymeren Analogon sind die einfacheren Synthesen und die geringeren Gewichtsauflagen für einen guten Flammschutz. Der Nachteil liegt jedoch in der Notwendigkeit eines sauren pH-Werts zur Applikation, was teilweise eine Faserschädigung und ein schnelles Vergilben des Textiles bedingt.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von wasserlöslichen CPZ, welche ohne Vergilbung und Faserschädigung Textilen dauerhaft wasch- und abrasionsbeständige, flammhemmende Eigenschaften verleihen. Im Rahmen des Projektes sollen CPZ entwickelt werden, welche diese Anforderungen erfüllen und nasschemisch bzw. photochemisch an Textile gebunden werden können. Die flammhemmenden Eigenschaften der Textile sollen durch Normtests bestimmt werden. Die Verwendung von wasserlöslichen CPZ-Derivaten hat den Vorteil, dass diese über etablierte Ausrüstungsverfahren der Textilveredler appliziert werden können. Durch die Etablierung dieser neuen Klasse von grünen bzw. umweltfreundlichen Flammschutzmitteln für die Textilindustrie, kann ein neues Marktsegment erschlossen werden, das die Wettbewerbsfähigkeit von einheimischen KMU gegenüber ausländischen Mitbewerbern nachhaltig erhöhen kann. Dies ist besonders vor dem Hintergrund des drohenden Verbotes halogenhaltiger Flammschutzmittel zu sehen, was neue alternative umweltfreundliche Produkte notwendig macht.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens war es, synthetische Wege zur Derivatisierung von wasserlöslichen Cyclophosphazen-Derivaten aufzuzeigen, um sie über entsprechende Ankerfunktionen dauerhaft an textilen Substraten zu fixieren und diesen flammhemmende Eigenschaften zu verleihen. Dabei konnten unterschiedliche Spezies erfolgreich synthetisiert und charakterisiert werden.

Es wurden zwei Cyclophosphazen-Derivate, Thio-Cyclophosphazen und Solketal-Cyclophosphazen für die weitere Anwendung entwickelt. Die Anbindung an unterschiedlichen Textilien (Polyester, Baumwolle, Polyamid und deren Mischungen) konnte mit kommerziell verfügbaren und wasserlöslichen Crosslinkern Cyanurchlorid und Maprenal realisiert werden. Dabei ließen sich Auflagen zwischen 10 – 30 Gew.-% waschstabil im Temperaturbereich von 40 – 80 °C erzielen. Auf der textilen Oberfläche entstand ein durchgehender Film der phosphorhaltigen Ausrüstung. Der Phosphorgehalt der Proben lag bei 1,5 – 2 Gew.-%. Die flammhemmenden Eigenschaften der ausgerüsteten Textilien konnten deutlich verbessert werden: es wurde ein limitierender Sauerstoffindex zwischen 27,5 und 40 % erzielt und sowohl die Arbeitsschutzkleidungsnorm (DIN EN 15025) als auch die Baustoffnorm (B2-Test) wurden erfüllt.

Die im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens entwickelten Derivate eröffnen die Anwendung von Cyclophosphazen als permanentes, halogenfreies Flammschutzmittel für die Textilindustrie, wo ein effizienter Ersatz für die umweltgefährdenden brom- und chlorhaltigen Flammschutzmittel benötigt wird. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens stellen die Weichen für eine technische Nutzung im industriellen Maßstab. Cyclophosphazene bieten grundsätzlich einen guten Flammschutz, jedoch muss die Ankerstrategie soweit verbessert werden, dass der Flammschutz-aktive-Anteil im Molekül groß ist.