Nanopartikuläre Multischichtsysteme
Projektleiter: Andreas Krypzcyk
Projektnummer: BMWK / IGF FKT, 20758BG
Laufzeit: 01.01.2020 bis 30.06.2022
Aufgabenstellung
Der Einsatz schwer entflammbarer Materialien ist aus Gründen der Arbeitssicherheit und/oder des Brandschutzes in unterschiedlichsten Bereichen (z. B. metallverarbeitende Industrie, Bau-, Elektro- und Fahrzeugindustrie) von essenzieller Bedeutung. Branchen, die Materialien für die entsprechenden Bereiche zur Verfügung stellen (z. B. Hersteller von Schutzkleidung und textile Dienstleister, die Schutzkleidung als Leasingtextilien anbieten; Hersteller von Klebstoffen, die in Bauanwendungen oder bei der Herstellung von Baustoffen eingesetzt werden) müssen dafür Sorge tragen, dass diese den Anforderungen an die schwere Entflammbarkeit genügen. Dies wird häufig durch Flammschutzmittel sichergestellt, die entweder auf brennbare Materialien appliziert (z. B. als flammhemmende Ausrüstung auf Schutzkleidung) oder direkt in diese Materialien eingebracht (z. B. als flammhemmendes Additiv in Klebstoffformulierungen) werden. Derzeit verfügbare Flammschutzmittel müssen entweder in so großen Mengen eingesetzt werden, dass sie relevante Materialeigenschaften beeinträchtigen, besitzen human- und ökotoxikologisch bedenkliche Eigenschaften und/oder werden aus fossilen, nicht erneuerbaren Rohstoffen und unter Einsatz human- und ökotoxikologisch bedenklicher Chemikalien hergestellt.
Ergebnisse
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden daher intumeszente Flammschutzmittel auf Basis nanopartikulärer Multischichtsysteme (NMS) entwickelt, die human- und ökotoxikologisch unbedenklich und biologisch abbaubar sind. Die NMS konnten erfolgreich als Flammschutzmittel für Schutzkleidung (Applikation der NMS als flammhemmende Ausrüstung) sowie für Dispersionsklebstoffe (Einbindung der NMS in das Polymernetzwerk des Klebstoffs) eingesetzt werden. Die NMS basieren auf einem Kern aus Tripolyphosphat- vernetztem Chitosan (Biopolymer aus Pilzen und Krebstieren) auf den das natürlich vorkommende Polyphenol Tannin aufgebracht ist. Der hohe Stickstoff- und Phosphorgehalt des Kerns bedingt hierbei die flammhemmenden Eigenschaften der NMS. Durch die Tannin-basierte äußere Oberfläche der NMS wird eine gute Dispergierbarkeit in Ausrüstungsflotten bzw. Klebstoffsystemen realisiert. Ferner wird eine hohe Affinität der NMS zur Textiloberfläche generiert, so dass eine Applikation aus wässriger Flotte bei geringen Einsatzkonzentrationen möglich ist. Durch die Ausbildung kovalenter Bindungen zwischen den einzelnen NMS sowie zwischen NMS und textilem Substrat wird eine hohe Haftung und mechanische Stabilität NMS-basierter Textilausrüstungen realisiert.
Anwendung
Die Forschungsergebnisse sind sowohl für das TITK, den Projektpartner wfk – Cleaning Technology Institute e.V. als auch für Klebstoffhersteller, -verarbeiter, sowie Hersteller und Anwender von Personenschutzausrüstung interessant.
