Regenjacken, Badehosen oder Polsterstoffe: Textilien mit wasserabweisenden Eigenschaften benötigen eine chemische Imprägnierung. PFAS sind zwar wirkungsvoll, schaden aber der Gesundheit und der Umwelt. Wissenschaftler der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben nun ein Plasma-Verfahren mit alternativen Substanzen entwickelt, mit dem sich hydrophobe Eigenschaften erzeugen lassen. Erste Analysen zeigen: Die Fasern mit der neuartigen Beschichtung weisen Wasser stärker ab und trocknen schneller als die der herkömmlichen Produkte.
Soll eine Badehose nach dem Schwimmen ihre Form behalten und schnell trocknen, muss sie zwei Eigenschaften kombinieren: Sie muss elastisch sein und darf sich nicht mit Wasser vollsaugen. Diese wasserabweisende Wirkung erreicht die Textilindustrie, indem sie ein elastisches Kleidungsstück mit Chemikalien behandelt.
Um hydrophobe Eigenschaften zu erhalten, begann die Textilindustrie in den 1970er-Jahren synthetische Fluorverbindungen zu verwenden. Damals schienen diese Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen, kurz PFAS, bedenkenlos und boten unzählige Anwendungsmöglichkeiten. Heute weiß man: Sie reichern sich in der Umwelt an und schaden der Gesundheit.
Bei der Suche nach Alternativen beteiligen sich auch Wissenschaftler der Empa. Gemeinsam mit Schweizer Textilunternehmen entwickelten sie ein umweltfreundlicheres Plasma-Beschichtungsverfahren. Damit können sämtliche Fasern hydrophob ausgerüstet werden. „Wir setzen sogenannte hochvernetzte Siloxane ein, die Silikon-ähnliche Schichten erzeugen und – anders als fluorhaltige PFAS – unbedenklich sind“, erläutert Dirk Hegemann vom „Advances Fibers“-Labor der Empa in St. Gallen.
Die Plasma-Beschichtung
Die Plasma-Beschichtungsanlagen der Empa reichen von handlichen Tischmodellen bis hin zu raumfüllenden Geräten. Für die Faserbeschichtung werden die Siloxane in einem reaktiven Gas zerstäubt und aktiviert. Auf diese Weise behalten sie ihre funktionalen Eigenschaften und umschließen die Textilfasern mit einer nur 30-Nanometer-feinen wasserabweisenden Hülle. Derart beschichtete Fäden lassen sich zu wasserabweisenden Textilien jeglicher Art verarbeiten. Etwa zu Kleidungsstücken oder technischen Textilien wie Polsterstoffen.
Der Vorteil gegenüber herkömmlichen nasschemischen Verfahren: Selbst bei komplex strukturierten Textilien verteilen sich die hydrophoben Substanzen laut Empa lückenlos in alle Windungen der verschlungenen Fasern. Dies sei zentral, denn schon eine winzige benetzbare Stelle würde genügen, damit Wasser in die Tiefe einer Badehose eindringt. Das verhindert das schnelle Trocknen des Kleidungsstücks. „Es ist uns sogar gelungen, selbst anspruchsvollere, elastische Fasern mit dem neuen Verfahren dauerhaft zu imprägnieren, was bisher nicht möglich war“, sagt Hegemann.
In ersten Laboranalysen schneiden Textilien mit der neuen Beschichtung nach eigenen Angaben bereits „leicht besser“ ab als herkömmliche PFAS-beschichtete Stoffe: Sie saugen weniger Wasser auf und trocknen schneller.
Nach mehrmaligem Waschen der Textilien falle der Vorteil der Fluor-freien Beschichtung allerdings „richtig ins Gewicht“, so Empa: Während die herkömmliche PFAS-Imprägnierung bei dehnbaren Textilien bereits deutlich leide, bleibe die Fluor-freie Faser auf hohem Niveau. Damit sei sie trotz Beanspruchung doppelt so wasserabweisend und trockne deutlich effizienter.
Hegemann und sein Team skalieren im nächsten Schritt, das Fluor-freie Laborverfahren zu leistungsfähigen und wirtschaftlich tragfähigen industriellen Prozessen.
PFAS erklärt:
Bei PFAS, den per- und polyfluorierten Alkylverbindungen, handelt es sich um eine Gruppe von synthetischen Chemikalien, die durch ihre Fähigkeit, Wasser, Öl und Fett abzuweisen, vielfältige Anwendungsgebiete haben.
Sie werden seit den 1970er-Jahren beispielsweise bei der Produktion von Funktionsbekleidung, Feuerlöschern und Bratpfannen verwendet.
Da die Kohlenstoff-Fluor-Substanzen nicht abgebaut werden, sondern sich in der Umwelt und letztlich im menschlichen Körper anreichern, werden sie als „Ewigkeitschemikalien“ bezeichnet. Bei Mensch und Tier stehen die Substanzen unter Verdacht, diverse gesundheitliche Schäden auszulösen, wie Krebs, Herz-Kreislauferkrankungen oder Entwicklungsstörungen. Gewisse PFAS sind bereits verboten, weitere könnten folgen.
Das sagt die Textilindustrie
„Die Industrie ist sehr interessiert, nachhaltige Alternativen zu PFAS zu finden“, sagt Hegemann. Aus diesem Grund beteiligen sich nach seinen Worten auch die Schweizer Textilunternehmen Lothos KLG, beag Bäumlin & Ernst AG und AG Cilander an dem Projekt. „Eine gelungene Zusammenarbeit, die Materialien, Fasertechnologie und Plasmabeschichtung kombiniert und zu einer innovativen, nachhaltigen und effektiven Lösung führt“, sagt etwa Dominik Pregger von Lothos.
„Die Technologie ist umweltfreundlich und verfügt gleichzeitig über ein interessantes wirtschaftliches Potenzial.“
Bernd Schäfer, CEO von beag
Die beag hat inzwischen diese hydrophob ausgerüsteten, hauchdünnen Fasern zu hochelastischen Funktionsgarnen weiterentwickelt. Die daraus hergestellte Sportbekleidung sei nach eigenen Angaben waschbar und dauerhaft wasserabweisend. Laut Hersteller trocknen sie nach dem Sport in kürzester Zeit an der Luft und seien somit angenehm zu tragen. Das Unternehmen aus Wattwill plant nun im Toggenburg eine Pilotanlage in Betrieb zu nehmen, um Textilien für technische und medizinische Anwendungen zu entwickeln.