Alternatywy dla PFAS w tekstyliach: Kurtki i spodnie

Aby odzież funkcjonalna zapewniała ochronę przed każdą pogodą, konieczna jest chemiczna impregnacja. Jednak kurtki przeciwdeszczowe, kąpielówki i inne tekstylia z powłoką zawierającą PFAS przyczyniają się do zanieczyszczenia środowiska chemikaliami fluorowymi, które pozostają w nim na długo. Zastąpienie tej grupy substancji nie jest trywialne, ponieważ posiadają one doskonałe właściwości: PFAS są odporne na wodę, zabrudzenia i tłuszcz. Dlatego naukowcy z Empa współpracują z partnerami z przemysłu w celu rozwijania technologii i materiałów, dzięki którym można produkować tekstylia bez PFAS w sposób zrównoważony i ekonomiczny. Innowacyjne przedsięwzięcie wyrosło z sieci Subitex, wieloletniej współpracy między firmami należącymi do Szwajcarskiego Stowarzyszenia Tekstyliów Swiss Textiles i Empa w St. Gallen. Projekt "EC0Tex", finansowany przez Innosuisse, ma na celu tworzenie wodoodpornych powłok na włóknach tekstylnych dzięki zastosowaniu fluorowolnych substancji w specjalnie opracowanej instalacji do powlekania plazmą. Niedawno projekt został uhonorowany w ramach Międzynarodowych Targów Specjalistycznych "Techtextil" we Frankfurcie nad Menem nagrodą „Innovation Award” za zrównoważoność i innowacyjność.

Substytucja bez żalu

Podstawą projektu „EC0Tex” jest zasada „Safe and Sustainable by Design”, w skrócie SSbD. „Podczas poszukiwania alternatyw dla PFAS chodzi o to, by absolutnie nie tworzyć tak zwanych żałosnych substytutów, czyli substancji zastępczych, które po czasie okazują się równie szkodliwe jak pierwotnie stosowany składnik”, mówi naukowiec Empa Dirk Hegemann z laboratorium „Advanced Fibers” w St. Gallen. Z tego powodu zespół pod kierownictwem Dirka Hegemanna, Martina Amberga i Patricka Ruppera już na wczesnym etapie procesu rozwoju konsultuje potrzeby przemysłu, środowiska i społeczeństwa poprzez analizy ryzyka i filtruje te materiały i technologie, które nie spełniają oczekiwanych właściwości, zrównoważoności lub ekonomii.

Powleczone aż do głębi

Wraz z partnerami wdrożeniowymi ze szwajcarskiego przemysłu tekstylnego Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG i Seilfabrik Ullmann AG powstaje nowa metoda impregnacji przemysłowej przy użyciu technologii plazmowej. Ponieważ wolne od PFAS substancje musiałyby być stosowane w zbyt dużych ilościach za pomocą tradycyjnych technik, aby osiągnąć właściwości materiału podobne do PFAS, co prowadzi do obniżenia oceny w kategoriach ekonomii i zrównoważonego rozwoju, a to sprawia, że poszukiwanie wykonalnych alternatyw według standardów SSbD jest wyzwaniem.

Nowa instalacja plazmowa, opracowana wspólnie z naukowcami Empa, umożliwia nakładanie bardzo cienkich powłok na poszczególne włókna w jedwabiu. „Dzięki temu możemy znacznie zmniejszyć ilość używanych chemikaliów i jednocześnie osiągnąć kompleksową impregnację włókien”, mówi Hegemann. Włókna zyskiwane w ten sposób mogą być bezpośrednio wykorzystywane do produkcji odzieży outdoorowej i sportowej, a także lin, dodaje naukowiec.

Podczas plazmowo-indukowanej metody powlekania za pomocą wyładowania elektrycznego w komorze tworzona jest plazma. Ponieważ dostarczana jest wysoka energia przy niskiej temperaturze, chemikalia w komorze parują i tworzą reaktywne cząstki, które wiążą się z poszczególnymi włóknami jedwabiu. Zazwyczaj można w ten sposób impregnować jedynie zewnętrzne włókna tekstylne. „Przyjęliśmy nowe podejście: nowa instalacja do powlekania plazmowego tworzy różne reaktywne cząstki, które mogą wnikać głęboko w strukturę włókien”, wyjaśnia naukowiec Empa Dirk Hegemann. W ten sposób uzyskuje się trwałą i przenikliwą powłokę.

Wyzwanie: Tłuszcz i zabrudzenia

Jako alternatywę dla PFAS, naukowcy badają teraz, jak związki krzemoorganiczne mogą być używane do impregnacji. Bezpieczeństwo, nawet przy ekspozycji na środowisko, na przykład w wyniku ścierania lub prania, musi być dokładnie analizowane. Pierwsze analizy pokazują, że związki krzemoorganiczne tworzą wysoko usieciowione warstwy o doskonałych właściwościach odpychania wody i szybkości schnięcia, które nawet przewyższają trwałość impregnacji PFAS.

Obecnie wyzwaniem pozostaje nadal osiągnięcie odporności na tłuszcz i zabrudzenia, którą zapewniają tekstylia PFAS. Potrzeba tu jeszcze dalszych prac, aby móc zastąpić PFAS w tekstyliach takich jak odzież ochronna, zauważa Hegemann. Duża grupa związków krzemoorganicznych otwiera tutaj wiele możliwości. Dzięki technologii plazmowej możliwe jest teraz również znalezienie nowych rozwiązań i dostosowanie do pożądanych właściwości tekstyliów poprzez dostosowywanie substancji wyjściowych i warunków powlekania, z jednoczesnym przestrzeganiem zasad „Safe and Sustainable by Design”.

Kontakt:
Dr. Dirk Hegemann
Advanced Fibers
Tel. +41 58 765 72 68
dirk.hegemann@empa.ch

Informacja redakcji: prawa do zdjęcia należą do odpowiedniego wydawcy. Prawa do zdjęcia: EMPA