Die Nanotechnologie ist in den letzten Jahren mit Macht über die Textilindustrie hereingebrochen. In der Berufs- und Schutzbekleidung ermöglicht sie eine sehr gute Schmutz- und Ölabweisung, verhindert Geruchsbildung und schützt vor Bakterien. Nanopartikel haben aber auch ihre Schattenseiten.
Auf den Spuren der Winzlinge
Diese Entwicklungen haben das Denkendorfer Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) bereits im Jahr 2006 dazu bewogen, dem Thema eine eigene Veranstaltung zu widmen: Das Nano-Forum war geboren. Inzwischen hat sich das Nano-Forum zu einer festen Größe im Denkendorfer Terminplan entwickelt. Doch während die Denkendorfer ihre ersten Foren unter alleiniger Federführung veranstalteten, haben sie inzwischen die Hohenstein Institute als Kooperationspartner dazugewonnen.
Forscher und Anwender von Nanomaterialien kamen am 15. Dezember 2010 bereits zum fünften Mal zusammen. Sie diskutierten Chancen und Risiken der winzigen Partikel. Der Schwerpunkt der Tagung lag dieses Mal vor allem auf den Auswirkungen von Nanomaterialien auf Mensch und Umwelt. Außerdem war der aktuelle Stand der Forschung zur Sicherheit nanofunktionalisierter Textilien Thema. Produktinnovationen aus dem noch jungen Forschungsgebiet rundeten die insgesamt zehn Vorträge von Instituten, Analyselabors und Industrieunternehmen ab.
So genannte selbstreinigende Effekte auf Basis von Nanopartikeln erfreuen sich seit einigen Jahren vor allem in der Outdoor-Mode großer Beliebtheit. Sie werden aber auch in der Berufsbekleidung eingesetzt, wo sie Kochjacken und Schürzen länger sauber halten sollen. Doch was als teure Nanoausrüstungen verkauft wird, kann sich auch als Flop entpuppen. Es ist daher wichtig, herkömmliche Fluorcarbonausrüstungen von ihren nanobasierten Konkurrenten unterscheiden zu können - und zwar schnell und preiswert. Dr. Jan Beringer von den Hohenstein Instituten forscht daher an einem preiswerten, standardisierten Prüfkonzept, das von jedem textilen Prüfinstitut angewendet werden kann. Er hat dazu verschiedene Untersuchungsmethoden auf ihre Eignung analysiert. So hat er beispielsweise die Oberflächenbetrachtung im Rasterelektronenmikroskop (REM), die Beurteilung des Benetzungsverhaltens, das Abreinigungsverhalten im Schmutzkammertest sowie die Beobachtung des Abrollwinkels näher betrachtet. Letztlich hat sich aber nur ein Verfahren als geeignet, also kostengünstig, erwiesen. Es wurde von ihm als RDP-Methode vorgestellt. Bei ihr wird ein Textil auf einen Keil mit einer bestimmten Winkelung aufgebracht. Dann wird ein auf 25 °C erwärmter Tropfen des zähflüssigen Flammschutzmittels Resorcindiphenylphosphat (RDP) auf das Material geträufelt. Anschließend wird die Abrollzeit auf einer Strecke von 10 cm Länge ermittelt. Der Beobachtungszeitraum muss dabei auf eine Laufzeit von 120 Sekunden begrenzt werden, um eine ausreichende Unterscheidung der Materialien vornehmen zu können. Mit den Prüfkonzept hat Beringer einen ersten Schnelltest präsentiert, der allerdings auf flache Textilien beschränkt ist. Für voluminöse Materialien müssen die Forschungen noch weitergehen. Silbernanopartikel werden seit einigen Jahren auch in Textilien eingesetzt. Ihr Einsatzzweck dient hauptsächlich der Verringerung von Schweißgeruch in Oberbekleidung. Das antimikrobiell wirkende Silber soll außerdem einen durch Mikroorganismen begünstigten Faserabbau verhindern. Trotz dieser wünschenswerten Eigenschaften bergen Silbernanopartikel in Textilien ein Risiko in sich. Wahrscheinlich werden sie mit der Wäsche in die Umwelt ausgetragen, wo ihre antimikrobiellen Effekte ungewünschte Nebenwirkungen zur Folgen haben können. So ist beispielsweise nicht bekannt, welches Verhalten sie auf Kläranlagen haben. Daher wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ein mit mehr als drei Millionen Euro gefördertes Vorhaben ins Leben gerufen. Es trägt die Kurzbezeichnung UMSICHT und widmet sich der Abschätzung der Umweltgefährdung durch Silbernanomaterialien. Dabei wird die gesamte Kette vom chemischen Partikel bis zum technischen Produkt betrachtet. In einem Zeitraum von drei Jahren soll Grundlagenforschung zu einer Risikoabschätzung und geeigneten Regulatorien führen. Dr. Jürgen Arning vom Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien in Bremen und Dr. Edith Claßen von den Hohenstein Instituten stellten die ersten, seit Mai 2010 gewonnenen Untersuchungsergebnisse vor. Inzwischen sind antimikrobielle Heim-, Bekleidungs- und technische Textilien hinreichend charakterisiert. Ihr Silbergehalt wurde ermittelt und Wirksamkeitstest durchgeführt. Anhand der Ergebnisse können nun Referenzmuster für die Gebrauchssimulationen hergestellt werden. Sie sollen zeigen, welchen Einfluss das Waschen oder Tragen auf die Textilien hat. Eine weitere Projektphase wird sich dem Austrag von Silber in die Umwelt widmen. Ziel ist eine Charakterisierung der biologischen Effekte von Silbernanopartikeln und ihre Wirkung auf biologische Systeme.
Parallel zu den laufenden Forschungsvorhaben schreitet auch die Normung der Nanotechnologie voran. Seit 2005 wirken Arbeitsausschüsse auf nationaler und internationaler Ebene an der Entwicklung von Normen für „Materie im Bereich von bis zu 100 nm (Nanometer) in einer oder mehreren Dimensionen“, deren Eigenschaften sich aufgrund der Größe substanziell ändern und neue Anwendungen eröffnen. Dabei setzen sich Unterausschüsse und Arbeitsgruppen mit vier speziellen Bereichen auseinander: Terminologie, Testmethoden, Gesundheits- und Umweltaspekte sowie Materialspezifikation. Inzwischen sind mit der ISO 80004-1 und 8.0004-3 die ersten Vornormen zur Begrifflichkeit von bestimmten Nanopartikeln veröffentlicht.
Neben der Nachhaltigkeit von Nanopartikeln gehörte auch deren praktische Seite zum Vortragsthema in Denkendorf. Lutz Gradewald von der Langenfelder Nadico Technologie sprach beispielsweise über selbstreinigende Textilien mit Nanotitandioxid. Eine spezielle Beschichtungsform hat eine hohe Wirksamkeit gegenüber Mikroorganismen und vielfältigen chemischen Substanzen möglich gemacht. Für die Wäschereibranche besteht allerdings kein Grund zur Sorge. Die vorgestellte Beschichtung beeinträchtigt die Griff igkeit der Textilien nicht nachteilig.
Ein anderes Anwendungsgebiet von Nanopartikeln sieht Dr. Volkmar von Arnim vom ITV in der wasch- und witterungsbeständigen antistatischen Textilausrüstung. Der Forscher hat das leitfähige Polymer Polythiophen mit einer mittleren Partikelgröße von 30 bis 80 nm mit verschiedenen Applikationsverfahren auf Textilien aufgebracht, wobei ein Plasmaauftrag die besten Ergebnisse lieferte. Außerdem hat er festgestellt, dass sich das Verfahren auch mit einer Fluorcarbonausrüstung kombinieren lässt. Von einem praktischen Einsatz ist das neue Textil allerdings noch weit entfernt, denn Polythiophene sind nach Aussage des Forschers ziemlich teuer. In Zukunft muss sich erst zeigen, was die Branche für schmutzabweisende Antistatikkleidung zu zahlen bereit ist.
Dipl.-Ing. Sabine Anton-Katzenbach
Weitere Informationen zu diesem Thema erhalten Sie unter www.rw-textilservice.de in der Rubrik „Downloads“.