Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Nanopartikuläre Multischichtsysteme aus nachwachsenden Rohstoffen als umweltfreundliche Flammschutzmittel

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens sind intumeszente Flammschutzmittel auf Basis nanopartikulärer Multischichtsysteme, die sich aus human- und ökotoxikologisch unbedenklichen Derivaten des nachwachsenden Rohstoffs Chitin (Chitosan und phosphoryliertem Chitin) zusammensetzen. Derartige nanopartikuläre Multischichtsysteme bestehen aus Chitosan-Nanopartikeln, auf denen mehrere Doppelschichten phosphoryliertes Chitin und Chitosan aufgebracht sind. Chitosan dient dabei als Kohlenstoffquelle und Treibmittel, phosphoryliertes Chitin als saurer Katalysator und zusätzliche Kohlenstoffquelle des intumeszenten Flammschutzmittels. Durch gezielte Anpassung der äußeren Schicht (Reaktionsschicht) werden funktionalisierte nanopartikuläre Multischichtsysteme realisiert, die hinsichtlich einer Anwendung für Schutzkleidung oder Dispersionsklebstoffe optimiert sind. Zur Erzeugung der Reaktionsschicht werden speziell funktionalisierte Chitin-Derivate entwickelt, die bei der Herstellung als äußere Schicht auf den nanopartikulären Multischichtsystemen adsorbiert werden.

Durch die Projektergebnisse wird den ca. 2.300 textilen Dienstleistern (vorwiegend KMU) erstmals eine flammhemmende Ausrüstung für Schutzkleidung zur Verfügung gestellt, die sich bei der Aufbereitung prozessintegriert regenerieren lässt. Hierdurch lässt sich die Anzahl möglicher Gebrauchs- und Aufbereitungszyklen von Schutzkleidung erhöhen, woraus Einsparungen von 6,7 Mio. €/a resultieren.

Den ca. 130 überwiegend mittelständischen Klebstoffherstellern werden Flammschutzmittel zur Verfügung gestellt, die weder die relevanten Materialeigenschaften der Klebstoffe beeinträchtigen noch aus dem Klebstoff freigesetzt werden, so dass sie ihren Kunden umweltfreundlichere und nachhaltigere Produkte für Bereiche mit hohen Brandschutzanforderungen anbieten können. Hieraus resultieren wirtschaftliche Vorteile von 5,5 Mio. €/a, da Umsatzsteigerungen insbesondere im Bereich der Bauindustrie zu erwarten sind.

Ergebniszusammenfassung:

Der Einsatz schwer entflammbarer Materialien ist aus Gründen der Arbeitssicherheit und/oder des Brandschutzes in unterschiedlichsten Bereichen (z. B. metallverarbeitende Industrie, Bau-, Elektro- und Fahrzeugindustrie) von essentieller Bedeutung. Branchen, die Materialien für die entsprechenden Bereiche zur Verfügung stellen (z. B. Hersteller von Schutzkleidung und textile Dienstleister, die Schutzkleidung als Leasingtextilien anbieten; Hersteller von Klebstoffen, die in Bauanwendungen oder bei der Herstellung von Baustoffen eingesetzt werden), müssen dafür Sorge tragen, dass diese den Anforderungen an die schwere Entflammbarkeit genügen. Dies wird häufig durch Flammschutzmittel sichergestellt, die entweder auf brennbare Materialien appliziert (z. B. als flammhemmende Ausrüstung auf Schutzkleidung) oder direkt in diese Materialien eingebracht (z. B. als flammhemmendes Additiv in Klebstoffformulierungen) werden. Derzeit verfügbare Flammschutzmittel müssen in so großen Mengen eingesetzt werden, dass sie relevante Materialeigenschaften beeinträchtigen, besitzen human- und ökotoxikologisch bedenkliche Eigenschaften und/oder werden aus fossilen, nicht erneuerbaren Rohstoffen und unter Einsatz human- und ökotoxikologisch bedenklicher Chemikalien hergestellt.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Thüringischen Instituts für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) und des wfk - Cleaning Technology Institute wurden daher intumeszente Flammschutzmittel auf Basis nanopartikulärer Multischichtsysteme aus nachwachsenden Rohstoffen entwickelt, die human- und ökotoxikologisch unbedenklich und biologisch abbaubar sind. Durch gezielte Anpassung der äußeren Schicht wurden funktionalisierte nanopartikuläre Multischichtsysteme realisiert, die hinsichtlich einer Anwendung für Schutzkleidung oder Dispersionsklebstoffe optimiert sind.