Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Biobasierte Flammschutzmittel für Leder und Textilien

Das Ziel des vorliegenden Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen, halogenfreien Flammschutzmittels, das auf nachwachsenden Rohstoffen basiert. Es soll für die Bereiche Textilausrüstung und -beschichtung sowie für Lederfinishing anwendbar sein. Halogenhaltige Flammschutzmittel geraten durch ihre Toxizität zunehmend in Kritik, so dass ein wachsendes Interesse an neuen, umweltfreundlichen Flammschutzmitteln besteht. Ein vielversprechendes Potential besitzen hierbei phosphor- und stickstoffhaltige Verbindungen.

Im Projekt sollen Proteine zum Einsatz kommen, die günstig und in größeren Mengen verfügbar sowie nicht als Nahrungsmittel einsetzbar sind. Mittels Phosphorylierung soll ein möglichst hoher Anteil an Phosphor an die Proteine gebunden werden, der die flammenhemmende Wirkung zusammen mit dem natürlich enthaltenen Stickstoff entfalten soll. Die modifizierten Proteine werden in wässrigen PUR- oder acrylatbasierten Beschichtungssystemen dispergiert und zur Ausrüstung bzw. Beschichtung von Textilien und Leder eingesetzt. Die Auftragsmethode und Prozessparameter sollen optimiert und die Beschichtungen hinsichtlich der geplanten Anwendung modifiziert werden. Zur Erhöhung der mechanischen und chemischen Beständigkeiten der Beschichtungen soll der Einsatz von Vernetzern geprüft werden. Es ist eine umfangreiche Charakterisierung der Proteinderivate geplant. Die beschichteten Substrate werden hinsichtlich ihrer Flammschutzeigenschaften sowie chemischen und mechanischen Beständigkeiten getestet.

Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollen KMU aus den Bereichen Lederverarbeitung, Textilausrüstung und Textilbeschichtung die Möglichkeiten des Einsatzes biobasierter Flammschutzmittel aufzeigen. Die Flammschutzmittel sind ungiftig und biologisch abbaubar. Sie liefern den Firmen neue Verkaufsargumente, da das ökologische Bewusstsein der Kunden immer weiter zunimmt. Die neuartigen Beschichtungsdispersionen sollen mit geringem Aufwand in bestehende Prozesse integrierbar sein

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projektes war die Entwicklung biobasierter und toxikologisch unbedenklicher Flammschutzmittel (FSM) für die Beschichtung von Leder und Textilien.

Auf Basis eines umfangreichen Screenings wurden die Non-Food-Proteine Keratin und Kollagen sowie verschiedene Polyole, Lignin, Vanillin, Vitamin B5 und einige pflanzliche Ölsäuren als potentielle natürliche FSM identifiziert. Alle ausgewählten Substanzen wurden über unterschiedliche Reaktionsmechanismen chemisch mit phosphorhaltigen Gruppen modifiziert. Dadurch sollte ein synergistischer Effekt erzielt und die Flammschutz-Effizienz der Substanzen gesteigert werden. Die erhaltenen modifizierten Verbindungen wurden mittels verschiedener Analyseverfahren hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung charakterisiert. Zudem wurden einzelne Leder und Kunstleder sowie Baumwoll- und Polyester-Gewebe mit den modifizierten Verbindungen beschichtet. Die ausgerüsteten Muster wurden auf ihr Brennverhalten und weitere anwendungsrelevante Eigenschaften geprüft.

Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass alle als biobasierte FSM getesteten Substanzen erfolgreich phosphoryliert und in unterschiedlichen Anteilen in wässrige Polyurethan(PU)-Dispersionen eingearbeitet werden konnten. Die Zusammensetzung der Dispersionen wurde im Hinblick auf die anschließende Verwendung optimiert. Mit den optimierten Formulierungen ausgerüstete Materialmuster zeigten während standardisierter Brennprüfungen (DIN 75200 und DIN ISO 15025) eine leicht verbesserte Flammfestigkeit.

Die Flammfestigkeit von Textilien und Leder ist ein wichtiges Thema bei der Ausstattung von Innenräumen oder der Herstellung von Möbeln sowie Sitzen für den Transportbereich (Auto, Bus, Bahn, Flugzeug). Potentielle Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten biobasierten FSM liegen daher beispielsweise bei Vorhängen, Gardinen, Bezugsmaterialien (z. B. Stühle, Sessel, Matratzen) oder Fußbodenbelägen.