Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Phosphorylierte Cellulose als flammhemmende Beschichtungsmatrix

Der Wunsch nach flammhemmend ausgerüsteten Textilien ist in vielen wichtigen Zweigen der Textilindustrie groß. Im Bekleidungssektor ist die FR-Ausrüstung von Arbeitsschutzbekleidung, PSA im Allgemeinen, Uniformstoffen, Piloten- und Rennfahreranzügen essentieller Bestandteil. Bei Heim- und Dekotextilien, Sonnenschutztextilien, Textilien in Verkehrsmitteln sowie bei technischen Textilien hat die Bedeutung FR-ausgerüsteter Faserstoffe in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Die Entwicklung neuer Flammschutzausrüstungen und -beschichtungen wird hauptsächlich dadurch vorangetrieben, dass bei einigen breit eingesetzten Flammschutzmitteln seitens der Gesetzgeber oder NGOs (wie Ökotex) Beschränkungen erwartet werden bzw. bereits vorliegen und die gesellschaftlich gewünschten Flammschutzmittel nicht die Performance der alten Formulierungen aufweisen.

Das Projektziel ist die Entwicklung eines neuen Ausrüstungs- bzw. Beschichtungsprodukts aus der Reaktion von Cellulose mit Phosphoriger Säure. Hierzu sind im Projekt die Bedingungen bei der Cellulosederivatisierung, die verarbeitungstechnischen Eigenschaften der herzustellenden Beschichtungsgele sowie die flammhemmenden und textilen Eigenschaften der ausgerüsteten Stoffe zu klären.

Das geplante Vorhaben bietet die Chance, auf vorhandenem Maschinenpark und auf Basis einer neuen Chemie zumindest gleichwertige Eigenschaften wie herkömmliche Systeme zu erreichen. Aufgrund der geringen Rauchgasentwicklung bei Verwendung phosphorylierter Cellulosen kann mit einer Höherqualifizierung entsprechend beschichteter Artikel von B2 nach A2 gerechnet werden, was zu einem bedeutenden Mehrwert des Produkts beiträgt.

Besondere Bedeutung haben die angestrebten Vorhabensergebnisse für wichtige Branchen der Textilindustrie, die sich mit funktionalen beschichteten Textilien v.a. aus Fasermischungen befassen. Vornehmlich handelt es sich um Gewebe und Nonwovens verarbeitende Betriebe. Diese sind im Bereich der KMU anzutreffen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Vorhaben wurde ein neues Beschichtungssystem entwickelt, welches sich prinzipiell zur formaldehyd-, halogen- und antimonfreien Flammschutzausrüstung von Textilien eignet, die sich aufgrund ihres strukturviskosen Fließverhaltens sehr gut zur Herstellung von wasserbasierten Beschichtungspasten eignen. Grundlage ist eine diesbezüglich optimierte Synthese, die ausgehend von der Phosphorylierung von Zellstoff zu wasserlöslichen Phosphorderivaten der Cellulose führt. Die üblichen Konzentrationen von Cellulosephosphit in der Pastenformulierung liegen zwischen 10-20 Gew,-%. Den Cellulosephosphit-Lösungen lassen sich weitere Beschichtungspolymere zumischen wie z.B. Polyurethan, um die Fließeigenschaften noch weiter auf bestimmte Zwecke hin zu adaptieren. Darüber hinaus ist es möglich, den Pasten weitere funktionale Additive (z.B. mikroverkapselte Wirkstoffe) bis zu einem gewissen Grad zuzugeben. Ein Zusatz von Crosslinkern ist dann notwendig, wenn eine bestimmte Wässerungs- bzw. Waschbeständigkeit gefordert ist. Diesbezüglich wurde im Vorhaben der Crosslinker NHDT mit gutem Erfolg eingesetzt.

Die ausgebildeten Beschichtungen bilden bei Flammeneinwirkung auf den Textilsubstraten eine Schicht aus unbrennbarem Kohlenstoff aus. Dies hat zur Folge, dass der Limiting Oxygen Index (LOI) des Substrats im Allgemeinen deutlich erhöht wird und die Chancen für cellulosephosphitbeschichtete Textilien für das Bestehen des Vertikalbrenntests und insbesondere des Horizontalbrenntests stark verbessert sind. Dies trifft in besonderem Maße auf Textilien aus Fasermischungen zu.

Somit eröffnet sich mit den entwickelten Cellulosephosphit-Polymeren eine völlig neue, REACh-konforme Basis zur Formulierung neuer FR-Beschichtungssysteme. Hierdurch eröffnen sich eine Vielzahl textiler Märkte, die für heimische KMU besondere Relevanz haben wie z.B.