Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung und Untersuchung neuer Flammschutzmittel (FSM) auf Basis von phosphorhaltigen Acrylaten und Methacrylaten zur Additivierung von aliphatischen Polyamidfasern

Fasern und Textilien aus Polyestern und Polyamiden sind ohne geeigneten Flammschutz hochbrennbar. Daher existieren diverse Vorschriften, die die Nutzung von flammhemmenden Substanzen für textile Produkte vorschreiben. Die auf dem Markt verfügbaren partikelartigen FSM für PA sind für Faseranwendungen ungeeignet, da keine ausreichenden Flammschutz und Fasereigenschaften erreicht werden. Somit muss das FSM für textile Produkte aus PA nachträglich in einem zusätzlichen Prozessschritt aufgetragen werden. Die aktuelle Alternative, ist die Verwendung von inhärenten Aramidfasern. Diese werden allerdings im Nassspinnprozess unter Verwendung umweltgefährdender Lösungsmittel hergestellt. Zusätzlich zu den ökologischen Nachteilen sind Aramidfasern 5- bis 6-mal teurer als PA Fasern.

Das geplante Vorhaben beschäftigt sich deshalb mit der Entwicklung eines flexibel einsetzbaren, innovativen thermoplastischen FSM für Polyamidfasern. Das neue FSM wird durch Polymerisation von neuen, phosphorhaltigen Acrylaten synthetisiert. Durch die gezielte Beeinflussung der Synthesereaktion entsteht ein lineares thermoplastisches Polymer. Die zusätzliche Einbringung funktioneller Gruppen in die polymeren FSM sorgt für eine gute chemische und physikalische Anbindung an die Polyamidmatrix und somit einer hohen Verträglichkeit der beiden Polymere. Die Zugabe des FSM erfolgt als Masterbatch direkt im Schmelzspinnprozess und erfordert somit keine Modifikation der etablierten Anlagentechnik in der Chemiefaserindustrie.

Von diesem Projekt profitieren KMU entlang der gesamten Herstellungs-/Nutzungskette von flammgeschützten Textilien. Mit 12,35 Mrd. € Jahresumsatz zählt die Textilindustrie 2016 wirtschaftlich und technologisch zu den wichtigsten Branchen in Deutschland. Diese Branche wird von über 900 innovativen mittelständischen Betrieben. Aufgrund des breiten Nutzerkreises flammgeschützter Textilien aus PA kann einen Wirtschaftswachstum in der Textilindustrie von ca. 0,1 % (ca. 12 Mio. €) erwartet werden

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts konnten zwei Syntheserouten für einen polymeren, intrinsischen Flammschutz für Polyamidfasern entwickelt werden; ein DOP-Phosphazen und ein DOPO-Methacrylat. Jede der Synthesrouten wurde erfolgreich in den 500g-Maßstab hochskaliert. Auf Basis der erhaltenen Flammschutzpolymere konnten jeweils ca. 5 kg Compound aus Polyamid 66 mit 10 Gewichtsprozent Flammschutzpolymer hergestellt werden. Diese Compounds wurden im Schmelzspinnprozess zu Multifilamentgarn verarbeitet. Die textiltechnischen Eigenschaften der Garne sind jedoch als gering zu bewerten. Aufgrund der vergleichsweise geringen Mengen der Compounds war eine Optimierung des Spinnprozesses hinsichtlich vollverstrecktem Multifilamentgarn nicht möglich. Priorität hatte die Produktion von Garnmengen, die für die Gestrickherstellung ausreichend groß sind, gemäß eines schonenden und bereits vorab identifizierten Spinnprozesses. Die Verarbeitung des Polymerblends und die resultierenden Eigenschaften deuten jedoch darauf hin, dass der Einsatz der Garne in Heimtextilien nach weiterer Prozessoptimierung mit großer Wahrscheinlichkeit möglich ist.

Zu Benchmarkzwecken wurden auch Industriereferenzen umfangreich verarbeitet und geprüft. Alle betrachteten Multifilamentgarne konnten mittels einer Laborrundstrickmaschine in Strickschläuche überführt werden, an denen Brandprüfungen durchgeführt wurden. Weitere Brandprüfungen wurden im Bulk an Zugstäben der Polymere durchgeführt. Es ist festzuhalten, dass Gestricke aus den im Projekt entwickelten Compounds auf Basis der Cone Calorimeter- Messungen eine Flammschutzwirkung zeigen, bei gleichzeitiger Wahrung der Textileigenschaften. Zusätzlich hebt sich das FSM Poly-DOPO-methacrylat dadurch hervor, dass dieses auch im Textil eine Charbildung und ein deutlich vermindertes Tropfverhalten begünstigt. In der weiterführenden Forschung sollten dichtere Textilien zur besseren Einschätzung des Flammschutzes betrachtet werden.