Biobasierte Flammschutzmittel für Leder und Textilien (BioFRLeTex)

BMWK IGF 238 EBR | Laufzeit: 03.2019 – 08.2021 Ines Stachel, Miriam Bader, Anke Mondschein, FILK Freiberg; David de Smet, CENTEXBEL Zwijnaarde – Belgien
  • Categories:
  • Biogene Rohstoffe
  • Leder
  • Technische Textilien/Composite

Ausgangssituation

Im Bereich des Flamm­schutzes gibt es einen wachsenden Trend zum Einsatz von Substanzen, die kein Risiko für Mensch und Umwelt darstellen. Neue gesetz­liche Vorgaben verbieten potenziell gefähr­liche Verbindungen, darunter auch gängige halogen- und stickstoff­haltige Flamm­schutz­mittel. Hinzu kommt ein verstärkter Fokus der Kunden bezüg­lich natürlicher, nicht erdöl­basierter und toxiko­logisch unbedenklicher Produkte. Es besteht daher die Notwendig­keit, wirk­same und umwelt­freundliche Flamm­schutz­mittel zu entwickeln.

Projektziel

Ziel des Projekts war die Entwicklung bio­basierter Flamm­schutz­mittel, die sich für die Anwendung in der Leder- und Textil­herstellung eignen. Die Flamm­schutz­mittel sollten frei von toxischen Verbindungen sein und damit der EU-Gesetzgebung (z. B. REACH) sowie weiteren anwend­baren Kenn­zeichnungs­anforde­rungen (z. B. OEKO-TEX®) entsprechen.

Lösungsweg

Innerhalb des Vorhabens lag der Schwer­punkt auf der Evaluierung geeigneter Non-Food-Proteine und anderer biobasierter Substanzen hinsicht­lich ihrer Eignung als natür­liche Flamm­schutz­mittel. Als poten­zielle Kandidaten wurden die Proteine Kollagen und Keratin sowie verschiedene Polyole, Lignin, Vitamin B5, Vanillin und einige pflanz­liche Ölsäuren als weitere bio­basierte Substanzen einge­setzt. Mit Hilfe verschie­dener Phosphorylierungs­methoden wurden von allen ausge­wählten Verbindungen phosphor­haltige Derivate erzeugt. Diese Derivate wurden mittels verschiedener Analyse­verfahren auf ihre chemische Zusammen­setzung hin untersucht. Anschließend wurden die modifi­zierten Verbindungen in unter­schied­lichen Anteilen in wässrige Polyurethan-Dispersionen einge­arbeitet und die erhaltenen Disper­sionen wurden zur Herstellung von Folien verwendet. Bei einigen Formu­lierungen wurde zur weiteren Erhöhung des Anteils phosphor­haltiger Gruppen das Additiv Ammonium­poly­phosphat (APP) zugesetzt. Von allen Folien wurde der Sauerstoff­index (LOI) als eine erste Kenn­größe zur Evalu­ierung der flamm­hemmenden Wirkung bestimmt. Die effektivsten Formu­lierungen wurden ausgewählt und als bio­basierte Flamm­schutz­mittel für die Ausrüstung von einzelnen Leder- und Kunst­leder­mustern (Beschichtung) sowie Leinen-, Baumwoll- und Polyester-Geweben (Beschichtung oder Imprägnierung) eingesetzt. Die erzeugten Muster wurden bezüglich ihres Brenn­ver­haltens und anderer anwendungs­relevanter Eigen­schaften geprüft.

Ergebnisse

Alle als biobasierte Flamm­schutz­mittel getesteten Substanzen konnten erfolg­reich phosphoryliert werden. Sowohl die nicht modifi­zierten Verbindungen als auch ihre phosphor­haltigen Derivate ließen sich in unter­schied­lichen Anteilen in wässrige Polyurethan-Dispersionen einar­beiten. Der LOI-Wert von mit den verschiedenen Formu­lierungen herge­stellten Folien nahm mit steigendem Additiv­gehalt zu. Zudem zeigten mit diesen Formu­lierungen ausge­rüstete Material­muster während der durch­ge­führten Brenn­prüfungen nach DIN 75200 und DIN ISO 15025 einen verbesserten Flamm­schutz (z. B. Ledermuster in Abb. 1). Ebenso wurden mittels Cone-Kalorimetrie und Thermo­gravi­metri­scher Analyse eine verringerte Gesamt­wärme­menge, eine niedrigere maximale Wärme­frei­setzungs­rate sowie eine stärkere Verkohlungs­neigung bestimmt. Die Ergebnisse belegen, dass durch die Verwendung von bio­basierten stick­stoff­haltigen Substanzen in Kombination mit phosphor­haltigen Gruppen eine flamm­hemmende Wirkung erzielt werden kann.

   

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Danksagung

Das IGF-Vorhaben 238 EBR der Forschungs­vereinigung FILK Freiberg Institute gGmbH, Meißner Ring 1 – 5, 09599 Freiberg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschafts­forschung und -entwicklung (IGF) vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unter­stützung.

The project ‚Biobased flame retardants for leather and textile – BioFRLeTex‘ was performed in co-operation with the Belgian Textile Research Centre CENTEXBEL within the framework of the Transnational Collective Research Networking between SME associations and research organisations (cornet). In Flanders the project was funded by the VLAIO. We would like to thank our colleague at CENTEXBEL David de Smet as well as all other involved partners in Belgium and Germany for their support.

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