PFAS-freie Outdoorbekleidung Für Jacke wie Hose: Alternativen für PFAS in Textilien

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Wandern, Joggen, Velofahren - moderne Funktionskleidung ist meist wasserdicht und schmutzabweisend, dafür aber oft mit PFAS-haltigen Chemikalien imprägniert. Diese hochfunktionalen Substanzen mit umweltfreundlichen Alternativen zu ersetzen ist das Ziel eines Projekts an der Empa. Die neue Technologie soll dabei sicher und nachhaltig sein.

Als Alternative für PFAS untersuchen die Forschenden nun, wie siliciumorganische Verbindungen zur Imprägnierung eingesetzt werden können. Die Unbedenklichkeit auch bei Umweltexposition etwa durch Abrieb oder Waschen muss dabei genau analysiert werden. Erste Tests zeigen, dass die siliciumorganischen Verbindungen hochvernetzte Schichten mit hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf Wasserabweisung und Schnelltrocknung bilden, die jene von PFAS-Imprägnierungen in puncto Beständigkeit sogar noch übertreffen.

Eine Herausforderung ist derzeit noch die Fett- und Schmutzabweisung, die PFAS-Textilien leisten. Hier seien weitere Arbeiten nötig, um PFAS in Textilien wie Arbeitsschutzbekleidung ersetzen zu können, betont Hegemann. Die große Gruppe der siliciumorganischen Verbindungen eröffne hier eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dank der Plasmatechnologie besteht nun auch die Möglichkeit, durch Anpassungen der Ausgangssubstanzen und Beschichtungsbedingungen weitere neue Lösungen zu finden und auf die gewünschten Eigenschaften der Textilien maßzuschneidern – und dabei gleichzeitig die „Safe and Sustainable by Design“-Grundsätze im Auge zu behalten.

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Herausforderung: Fett und Schmutz

Gemeinsam mit den Umsetzungspartnern aus der Schweizer Textilindustrie Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG und Seilfabrik Ullmann AG entsteht an der Empa ein neues industrietaugliches Imprägnierverfahren mittels Plasmatechnologie. Denn PFAS-freie Substanzen müssten mit herkömmlichen Techniken in zu großen Mengen eingesetzt werden, um die Materialeigenschaften von PFAS-beschichteten Textilien zu erzeugen. Die Folge: Punkteabzug bei Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit, was die Suche nach gangbaren Alternativen nach „Safe and Sustainable by Design“-Maßstäben zu einer Herausforderung macht.

Mit der neuen Plasmaanlage, die hierfür gemeinsam mit den Empa-Forschenden konzipiert wurde, lassen sich nun äußerst dünne Beschichtungen auf die Einzelfasern in einem Garn aufbringen. „So können wir die Menge der verwendeten Chemikalien deutlich verringern und gleichzeitig eine umfassende Imprägnierung der Garne erzielen“, sagt Hegemann. Die auf diese Weise erzeugten Garne könnten direkt zur Produktion von Outdoor- und Sportbekleidung, aber auch Seilen eingesetzt werden, wie die Forscher berichten.

Bei der plasmainduzierten Beschichtungstechnik wird mittels elektrischer Gasentladung in einer Kammer Plasma erzeugt. Da hierbei hohe Energie bei niedriger Temperatur zur Verfügung gestellt wird, verdampfen die Chemikalien in der Kammer und bilden reaktive Spezies, die an die Einzelfasern eines Garns andocken. Üblicherweise können so jedoch lediglich die äußersten Fasern eines Textils imprägniert werden. „Wir haben einen neuen Ansatz verfolgt: Die neue Plasmabeschichtungsanlage erzeugt unterschiedlich reaktive Spezies, die auch tief in die Garnstruktur eindringen können“, erklärt Empa-Forscher Hegemann. So ergebe sich eine beständige und durchdringende Beschichtung.

Optimierte Beschichtung: dünn und dennoch effektiv

Zentral im Projekt „EC0Tex“ ist der „Safe and Sustainable by Design“-Grundsatz. „Bei der Suche nach Alternativen zu PFAS geht es darum, keinesfalls so genannte Regrettable Substitutes zu erzeugen, also Ersatzstoffe, die sich im Nachhinein als ähnlich schädlich herausstellen wie die ursprünglich verwendete Chemikalie“, sagt Empa-Forscher Dirk Hegemann vom Advanced-Fibers-Labor in St. Gallen. Daher gleicht das Wissenschaftlerteam bereits früh im Entwicklungsprozess die Bedürfnisse von Industrie, Umwelt und Gesellschaft anhand von Risikoanalysen miteinander ab und filtert jene Materialien und Technologien heraus, die bei den gewünschten Eigenschaften, der Nachhaltigkeit oder der Wirtschaftlichkeit durchfallen.

Ersatz finden, den später niemand bereuen muss

Damit Funktionskleidung allen Wettern trotzt, ist eine chemische Imprägnierung nötig. Regenjacke, Badehose & Co mit einer PFAS-haltigen Beschichtung tragen dadurch allerdings zur Umweltbelastung mit den Fluor-haltigen Ewigkeitschemikalien bei, den in Verruf geratenen per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen. Diese Substanzgruppe zu ersetzen, ist nicht trivial, da sie über ausgezeichnete Eigenschaften verfügt: PFAS sind wasser-, schmutz- und fettabweisend. Daher arbeiten Empa-Forschende gemeinsam mit Partnern aus der Industrie daran, Technologien und Materialien zu entwickeln, mit denen sich PFAS-freie Textilien mit den gewünschten Eigenschaften nachhaltig und wirtschaftlich herstellen lassen.

Sie verfolgen Ziel, wasserabweisende Beschichtungen für textile Garne zu erzeugen, indem Fluor-freie Substanzen in einer eigens entwickelten Plasmabeschichtungsanlage eingesetzt werden. Mittlerweile wurde das Projekt auf der Internationalen Fachmesse „Techtextil“ in Frankfurt am Main mit dem „Innovation Award“ für Nachhaltigkeit und Innovation ausgezeichnet.