Textilimprägnierung: Funktionsweisen und etablierte, alternative Methoden (C8, C6, F0)

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1 Textilimprägnierung: Funktionsweisen und etablierte, alternative Methoden (C8, C6, F0) Dr. Jan Beringer Hohenstein Group Fachkonferenz Nachhaltige Outdoor-Textilien Bremen COMPETENCE IN TEXTILES

2 Wirkungsweise von omni-(hydro- und oleo)phoben Textilausrüstungen Oberflächenenergie des Textils > Flüssigkeit Oberflächenenergie des Textils < Flüssigkeit Quelle: Wikipedia

3 Oberflächenenergie etc. am Beispiel einer Fluorcarbon Ausrüstung Oberflächenenergie c : + Wasser ca. 73 mn/cm + Öl mn/cm + FC (-CF 3 ) ca. 9 mn/cm + PTFE (-CF 2 -) ca. 18 mn/cm + Wachs (-CH 3 ) ca. 24 mn/cm + Silikon (-SiO 2 -) ca. 24 mn/cm + PE (-CH 2 -) ca. 31 mn/cm Fluorcarbon (FC) Für gute Effekte c > 10 mn/cm Oberfläche (Textil) Polyelektrolyt (PE) Quelle: Thünemann, Lochhaas

4 Definition per- und polyfluorierter Substanzen Fluorkohlenwasserstoffe Kurzkettige Moleküle, C 1 C 4 Fluortenside Oberflächenaktive niedermolekulare Substanzen Fluortelomeralkohole als Bausteine für Polymere Fluorierte Polymere Per- oder Polyfluorierte Seitenketten, gebunden an ein polymeres Rückgrat (z.b. C 6 -, C 8 -Ausrüstung) Fluorpolymere Hochmolekulare Polymere (PTFE, FEP ) mit perfluoriertem Rückgrat

5 Textilausrüstung mit fluorierten Polymeren I Seitenketten- fluorierte Polymere Polyurethan- oder Poly(meth)- acrylatpolymer Grundgerüst Perfluoralkyl-Seitenketten MW > u Formulierung (wasserbasierte Dispersion): % Polymer Typischer Fluorgehalt im Polymer: %

6 Oberflächenspannung [mn/m] Textilausrüstung mit fluorierten Polymeren II Oberflächenspannung in Abhängigkeit der Seitenkettenlänge Wasser Milch Öl Zahl der perfluorierten Kohlenstoffatome n Quelle: T. Malner, Dissertation

7 Umweltproblematik fluorierter Polymerausrüstungen I Perflouroctansulfonsäure (PFOS) Perflouroctansäure (PFOA)

8 Umweltproblematik fluorierter Polymerausrüstungen II PFOS gebannt (EU) PFOA freiwillige Selbstverpflichtung 2010: gelistet als persistent organic polluant (<10 mg/kg) 2010/2015: EPA Stewardship Programm

9 Umweltproblematik: Lösungsansatz C 6 -Chemie? C 6 -Chemie: geringere Performance als C 8 -Chemie schlechtere Ölabweisung Unterschiedliche Ansätze, um die Performance der C 6 -Chemie zu verbessern: Dendrimere Silikonhybride PU

10 Umweltproblematik: Lösungsansatz C 6 -Chemie? Perfluoroctansäure Perfluorhexansäure Ökotoxikologischer Vergleich von C 8 - und C 6 -Chemie

11 Die Zukunft - fluorfrei? Zentrale Frage: Öl- und Schmutzabweisung wirklich notwendig? Outdoorbereich PSA = WASSER-Abweisung i.e. Fluor nicht notwendig = Chemikalien, Öl, Kraftstoffe i.e. Fluor essentiell Ölabweisung nur mit fluorhaltiger Ausrüstung möglich!

12 Superhydrophobie (Lotus Effekt) Die Natur als Vorbild ( Bionik ) Kombination aus Mikro- und Nanostrukturen mit niedriger Oberflächenenergie (Wachs) Wasser, Öl und Schmutz perlen einfach ab Eine so hohe Schmutzabweisung kann durch eine glatte Fluorcarbonausrüstung nicht erreicht werden aber: Strukturen sind gegen mechanische Beanspruchungen (Kratzen, Scheuern, Waschen) nicht sehr beständig Effektverlust, wenn die Strukturen zerstört werden Natur kann diese Strukturen nachwachsen lassen - aber das Textil (noch) nicht

13 Superhydrophobie (Lotus Effekt) Funktionsprinzip Nanostruktur Überlagerung einer Mikrostruktur

14 Fluorfreie Ausrüstungen Stand der Dinge / Performance Daten

15 Kontaktwinkel [ ] Vergleich des hydrophoben Effekts von fluorhaltigen und fluorfreien Ausrüstungen bei gewerblicher Wiederaufbereitung Industriewäsche: Wasserabweisende Eigenschaften (Kontaktwinkel) Neu (0) Zyklenzahl C8 mit Nachausrüstung C6 mit Nachausrüstung fluorfrei 1 mit Nachausrüstung fluorfrei 2 mit Nachausrüstung C8 ohne Nachausrüstung C6 ohne Nachausrüstung fluorfrei 1 ohne Nachausrüstung fluorfrei 2 ohne Nachausrüstung

16 Note [0-5; 5 entspricht bester Bewertung] Vergleich des hydrophoben Effekts von fluorhaltigen und fluorfreien Ausrüstungen bei Haushaltswäsche Wasserabweisende Eigenschaften (Sprühverfahren) Neu Zyklenzahl C8 mit Nachausrüstung C6 mit Nachausrüstung fluorfrei 1 mit Nachausrüstung fluorfrei 2 mit Nachausrüstung C8 Haushalt C6 Haushalt fluorfrei 1 Haushalt fluorfrei 2 Haushalt

17 Note [1-8; 8 entspricht bester Bewertung] Vergleich des oleophoben Effekts von fluorhaltigen Ausrüstungen bei gewerblicher Wiederaufbereitung Ölabweisende Ausrüstung Neu Zyklenzahl C8 mit Nachausrüstung C6 mit Nachausrüstung

18 Abweisungsindex [%], Penetrationsindex für alle Proben 0% Vergleich des Säureschutzes von fluorhaltigen und fluorfreien Ausrüstungen bei gewerblicher Wiederaufbereitung Widerstand gegen das Durchdringen flüssiger Chemikalien - Schwefelsäure C8 mit Nachausrüstung C6 mit Nachausrüstung Fluorfrei fluorfrei 1 mit Nachausrüstung fluorfrei Fluorfrei 2 mit Nachausrüstung Zyklenzahl Neuzustand 10 Zyklen 25 Zyklen

19 Zusammenfassung Flourfreie Ausrüstungen sind gute Alternativen für wasserabweisende Ausrüstungen. Öl- und Schmutzabweisung ist nur mit flourhaltigen Ausrüstungen möglich.

20 G:\Abteilungen\FC\_Präsentatione n/xxx.ppt/aj Folien Nr. 20; Hohenstein Institute Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Dr. Jan Beringer Hohenstein Group Schloss Hohenstein Bönnigheim