Aus der Branche

Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben mit Unterstützung des Landes Baden-Württemberg ihr Schmelzspinntechnikum modernisiert und maßgeblich erweitert. Die neue Anlage ermöglicht Forschung an neuen Spinnverfahren, Faser-Funktionalisierungen, und an nachhaltigen Fasern aus bioabbaubaren und biobasierten Polymeren.

Im Bereich Schmelzspinnen bearbeiten die DITF mehrere Forschungsschwerpunkte, zum Beispiel die Entwicklung von verschiedenen Fasern für medizinische Implantate oder von Fasern aus Polylactid, einem nachhaltigen biobasierten Polyester. Weitere Schwerpunkte sind die Entwicklung flammhemmender Polyamide und ihre Verarbeitung zu Fasern für Teppich- und Automobil-Anwendungen sowie die Entwicklung von Carbonfasern aus schmelzgesponnenen Präkursoren. Neu ist auch die Entwicklung einer biobasierten Alternative zu erdölbasierten Polyethylenterephtalat (PET)-Fasern zu Polyethylenfuranoat (PEF)-Fasern. Die Bikomponentenspinntechnik, bei der die Fasern aus zwei verschiedenen Komponenten hergestellt werden können, nimmt dabei einen besonderen Stellenwert ein.

Seit vor mehr als 85 Jahren Polyamid (PA) und viele andere Polymere entwickelt wurden, haben verschiedene schmelzgesponnene Fasern die textile Welt revolutioniert. Im Bereich der Technischen Textilien übernehmen sie vielfältige Funktionen: sie können – je nach der genauen Beschaffenheit – zum Beispiel elektrisch leitfähig oder lumineszent sein. Sie können über antimikrobielle Eigenschaften verfügen sowie flammhemmend sein. Sie eignen sich für den Leichtbau, für Anwendungen in der Medizin oder für die Dämmung von Gebäuden.

Um die Umwelt und Ressourcen zu schützen, sollen zukünftig einerseits mehr biobasierte Fasern eingesetzt werden und andererseits die Fasern nach der Nutzung besser rezykliert werden können. Hierzu forschen die DITF an nachhaltigen Polyamiden, Polyestern und Polyolefinen sowie an vielen weiteren Polymeren. Viele 'klassische', also erdölbasierte, Polymere können nach der Anwendung nicht oder nur unzureichend in ihre Bestandteile aufgelöst oder direkt rezykliert werden. Ein wichtiges Ziel neuer Forschungsarbeiten ist es deshalb, systematische Recycling-Methoden zu möglichst hochwertigen Fasern weiter zu etablieren.

Für diese Zukunftsaufgaben wurde im Januar an den DITF eine Bikomponenten-Spinnanlage der Firma Oerlikon Neumag in einer industriellen Größenordnung aufgebaut und in Betrieb genommen. Das BCF-Verfahren (bulk continuous filaments) erlaubt eine spezielle Bündelung, Aufbauschung und Verarbeitung der (Multifilament-) Fasern. Dieses Verfahren ermöglicht die großskalige Synthese von Teppichgarnen sowie die Stapelfaserproduktion, ein Alleinstellungsmerkmal in einem öffentlichen Forschungsinstitut. Ergänzt wird die Anlage durch ein sogenanntes Spinline-Rheometer. Damit können eine Reihe an messspezifischen chemischen und physikalischen Daten online und inline erfasst werden, was zum erweiterten Verständnis der Faserbildung beitragen wird. Außerdem wird ein neuer Compounder für die Entwicklung von funktionalisierten Polymeren und für das energiesparende thermomechanische Recycling von Textilabfällen eingesetzt.

Textile Bodenbeläge mit Flammschutzmitteln verringern das Risiko eines Brandes. In gewerblichen Gebäuden werden derartige Bodenbeläge in großen Mengen verbaut. Das Recycling dieser Materialien ist jedoch schwer umzusetzen, denn die Bodenbeläge bestehen aus mehreren miteinander verbundenen Schichten und die etablierten Flammschutzmittel sind meist ökologisch problematisch. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) und das Institut für Bodensysteme (TFI) haben ein Konzept entwickelt, das den Anteil an Flammschutzmitteln in den Teppichgarnen vermindert – bei gleichbleibend hohem Flammschutz. Die Struktur des textilen Erzeugnisses ist für das Materialrecycling optimiert.
 
Der neuartige textile Bodenbelag besteht aus schwer entflammbarem Polyamid 6 (PA6) und wird vollständig rezyklierbar sein.
 
Das PA6 wurde mit einer intrinsischen Flammhemmung ausgerüstet. Das bedeutet, dass die flammhemmende Chemikalie, in diesem Fall eine Phosphorverbindung, nicht etwa auf die Oberfläche der Fasern aufgebracht wird, sondern chemisch an die Molekülstruktur des PA6 gebunden ist. Dadurch ist der Flammschutz dauerhaft und kann weder ausgewaschen noch in die Umgebung freigesetzt werden. Das Konzept des intrinsischen Flammschutzes ist nicht neu. Es wurde schon vor rund zehn Jahren an den DITF entwickelt, konnte inzwischen aber optimiert werden: Die im aktuellen Forschungsprojekt verwendeten Polyamide wurden hinsichtlich ihrer Viskosität und ihres Phosphorgehaltes genau eingestellt. Dadurch wurden die beiden schwer miteinander vereinbaren Anforderungen hinsichtlich Verspinnbarkeit und gleichzeitig hohem Flammschutz vollständig erfüllt.
 
Zu Fasern gesponnen wird das neuartige Material auf einer Biko-Spinnanlage in den Technika der DITF. In ihr entstehen Bikomponenten-Fasern. Diese haben einen Kern aus herkömmlichem Polyamid und einen Mantel aus PA6 mit hochkonzentriertem Flammschutz. Die Kern- und Mantel-Komponenten der Fasern ergänzen sich perfekt: Der Faserkern sorgt für eine technisch gute Verspinnbarkeit und ausreichende Festigkeit der Fasern. Die Faserhülle hingegen hat den Flammschutz dort, wo Temperatur und Flammen angreifen: auf der Oberfläche der Faser. Der Phosphoranteil von rund 0,2 Gewichtsprozent ist dabei so eingestellt, dass der Fasermantel nicht brennbar ist. Als Nebeneffekt wird das Garn kostengünstiger herstellbar, da das hochpreisige Flammschutzmittel nur in einen Teil des Faservolumens eingebracht wird. Flammtests in den DITF-Laboren verifizieren die flammhemmende Wirkung und tragen dazu bei, den optimalen Gehalt an Flammschutzmittel zu ermitteln.  
 
Der zweite Teilaspekt des Forschungsvorhabens behandelt die Herstellung und Rezyklierbarkeit des textilen Bodenbelags. Hier geht es um die sortenreine Trennung der flammhemmend ausgerüsteten Oberschicht des Bodenbelags vom textilen Rücken und den Nachweis, dass die Materialien voll rezyklierbar und damit kreislauffähig sind.  
 
Aus den an den DITF hergestellten Polymeren und Biko-Garnen entwickelt der Projektpartner TFI den textilen Bodenbelag mit einer Oberschicht aus flammhemmend modifiziertem Mulitifilamentgarn und dem textilen Rücken. Die Rückenbeschichtung ist so beschaffen, dass eine thermische Trennung des Rückens von der flammhemmenden Oberschicht möglich ist. Dafür verwendet man Hotmelt-Klebstoffe, deren Brennbarkeit ebenfalls berücksichtigt wird. Das TFI ermittelt dabei auch die Brandeigenschaften der textilen Erzeugnisse. Die Trennbarkeit von Oberschicht und Rücken wird in Laborversuchen verifiziert.