Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Flammschutzausrüstung für Textilien auf Basis von Cyclotriphos-phonitril-basierten Kolloiden

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von Phosphor- und Stickstoffhaltigen Polymerkolloiden für eine permanente Flammschutzausrüstung von sowohl natürlichen als auch synthetischen Fasermaterialien.

Hexachlorophosphazen ist ein preiswertes reaktives Molekül mit sehr hohem Phosphor- und Stickstoff-Gehalt, das über seine reaktiven Chlorid-Gruppen mit Alkoholen oder Aminen zu Polymeren und Netzwerken mit intrinsisch flammhemmenden Eigenschaften umgesetzt werden kann.

Im Vorhaben sollen neuartige vernetzte Phosphazen-basierte Kolloide entwickelt werden. Gegenüber linearen Polyphosphazenen verspricht dieser Ansatz Vorteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, aber auch hinsichtlich der Applikation auf Fasern und Textilien. Durch Variation der Eigenschaften von beiden Komponenten können die Eigenschaften von Phosphazen-basierten Netzwerken in einem breiten Bereich variiert werden. Eine kovalente Immobilisierung von derartigen Kolloiden auf Faseroberflächen wird zu flammhemmenden Anlagerungen, Einlagerungen oder dünnen Beschichtungen führen.

Die Forschungsarbeit umfasst folgende Arbeitsschritte:

(I) Synthese von Polyphosphazen-basierten Teilchen mit variablen Dimensionen und chemischer Struktur.

(II) Synthese wasserlöslicher multifunktioneller Phosphazene.

(III) Ausrüstung von Cellulosefasern a) hydroxyfunktionale Phosphazengele in Kombination mit Hochveredlungsverfahren oder direkte Anbindung von reaktiven Phosphazengelen (-NCO, Triazin).

(IV) Ausrüstung von PET-Fasern nach Plasma-Aktivierung oder über eine Dispersionseinlagerung.

(V) Unter-suchungen von Polyphosphazen-Beschichtungen auf Textilfasern: a) thermische Eigenschaften (Zersetzungstemperaturen, flammhemmende Eigenschaften); b) Oberflächen-eigenschaften (chemische Zusammensetzung, Morphologie, Kontaktwinkel); c) Wasser-aufnahme/Quellbarkeit; d) Waschresistenz.

(VI) Flammschutztest der Textilien nach der Ausrüstung.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden neuartige halogenfreie Systeme zur flammhemmenden Ausrüstung textiler Materialien entwickelt. Grundlage dafür bilden Kolloidsysteme auf Basis cyclomatrix-artiger Polyphosphazen-Verbindungen, die aus wässriger Dispersion oder über ein in-situ Imprägnierungsverfahren direkt auf Textilfasern aufgetragen werden können. Durch grundlegende Untersuchungen zur Herstellung Cyclotriphosphonitril-basierter Kolloidsysteme konnte gezeigt werden, dass Polyphosphazene ein hohes Potential zur Herstellung von Kolloiden mit einem breiten Spektrum an Eigenschaften besitzen. So konnte über entsprechende Prozessparameter und Eduktverhältnisse eine effektive Kontrolle von Größe, Morphologie, chemischer Zusammensetzung und thermischer Eigenschaften erzielt werden. Die Verwendung von nicht-vernetzenden Aminen führte zusätzlich zu einer Reduzierung der Vernetzungsdichte, was die Darstellung weicher filmbildender Kolloide erlaubt. Je nach verwendetem Vernetzer können auch Kolloide mit sehr guten thermischen und flammhemmenden Eigenschaften erhalten werden, wie es für Kolloide auf Basis oktaedrischer bzw. dodekaedrischer POSS-Oligomere gezeigt werden konnte. Durch die vielfältigen Möglichkeiten zur anwendungsorientierten Modifikation und Anpassung an Erfordernisse, wie den Erhalt der Faserstruktur, die lnhibierung der Flammausbreitung bis hin zum Selbsterlöschen, bilden die entwickelten Systeme die Grundlage für den Aufbau eines modularen Systems zur flammschützenden Ausrüstung oder Funktionalisierung textiler Materialien.