Biobasierte Kunststoffe können die Textilbranche unabhängiger von fossilen Rohstoffen machen. Damit sie erdölbasierte Polyester auch in anspruchsvollen Anwendungen ersetzen können, müssen Leistung und Sicherheit stimmen. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) zeigen nun, wie sich ein wirksamer Flammschutz in einem biobasierten Polyester dauerhaft verankern lässt.

Flammschutz direkt im Polymer verankert

Flammhemmende Additive werden seit langem in synthetischen Fasern eingesetzt, besonders in Polyester. Ohne einen dauerhaft wirksamen Brandschutz bleiben biobasierte Fasern in vielen Einsatzfeldern außen vor. Die DITF entwickeln dafür Polyethylenfuranoat, kurz PEF, einen biobasierten Kunststoff mit ähnlichen Eigenschaften wie PET. Entscheidend ist, dass das Flammschutzmittel nicht aus dem Material auswandert. Daher prüfte das Team verschiedene phosphorbasierte Wirkstoffe und setzte auf eine chemische Anbindung an die Polymerketten. Gleichzeitig sollte die eingesetzte Menge möglichst gering bleiben, weil viele Additive als potenziell gesundheitsschädlich gelten und in der Umwelt nur schwer abbaubar sind.

Von der Laborchemie zum Garn im Brandtest

Neben der Auswahl des Flammschutzes musste das Team das Material auch so einstellen, dass es sich zuverlässig zu Fasern verarbeiten lässt. Dafür erhöhten die Forschenden das Molekulargewicht des Polymers über eine sogenannte Festphasenkondensation. Dabei reagiert das PEF nach der eigentlichen Herstellung bei erhöhter Temperatur weiter, bleibt aber als Feststoff erhalten. Dadurch werden die Polymerketten im Mittel länger, was beim späteren Spinnen meist zu stabileren und festeren Fasern beiträgt.

Anschließend untersuchten die DITF, wie sich das Material bei Wärme verhält und wie gut es im geschmolzenen Zustand fließt. Diese Eigenschaften sind wichtig, damit der Spinnprozess gleichmäßig läuft und das Garn keine Schwachstellen bekommt. Auf Basis der Messungen wählten sie eine PEF Variante aus, in der phosphorhaltige Bausteine bereits beim Aufbau des Polymers chemisch eingebaut sind. Pro Kilogramm Polymer waren so fünf Gramm Phosphor gebunden, statt als frei beigemischtes Additiv vorzuliegen. In einer Pilotanlage wurden daraus Garne gesponnen, zu textilen Flächen verarbeitet und anschließend Brandprüfungen unterzogen. Die flammgeschützten Gestricke zeigten dabei eine deutlich geringere Brennbarkeit. Als nächste Schritte wollen die Forschenden die biobasierten PEF Fasern mit chemisch gebundenem Flammschutz weiter optimieren, um Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen zu erschließen, etwa Schutzkleidung, Fahrzeuginnenräume oder Wohntextilien wie Teppiche.
 

ag