Om functionele kleding bestand te maken tegen alle weersomstandigheden, is een chemische impregnering noodzakelijk. Regenjassen, zwembroeken & Co met een PFAS-houdende coating dragen hierdoor echter bij aan de milieubelasting met de fluorhoudende eeuwige chemicaliën. Het vervangen van deze stofgroep is niet triviaal, omdat ze uitstekende eigenschappen heeft: PFAS zijn water-, vuil-, en vetafstotend. Daarom werken Empa-onderzoekers samen met partners uit de industrie aan de ontwikkeling van technologieën en materialen waarmee PFAS-vrije textielen met de gewenste eigenschappen duurzaam en economisch kunnen worden geproduceerd. Dit innovatieve initiatief is voortgekomen uit het Subitex-netwerk, een langdurige samenwerking tussen bedrijven van de Zwitserse textielvereniging Swiss Textiles en de Empa in St. Gallen. Het door Innosuisse gefinancierde project 'EC0Tex' heeft als doel waterafstotende coatings voor textielgarens te creëren door fluorvrije stoffen in een speciaal ontwikkelde plasmacoatinginstallatie te gebruiken. Onlangs werd het project op de internationale vakbeurs 'Techtextil' in Frankfurt am Main bekroond met de 'Innovation Award' voor duurzaamheid en innovatie.
Vervanging zonder spijt
Centraal in het project 'EC0Tex' staat het 'Safe and Sustainable by Design'-principe, kortweg SSbD. 'Bij de zoektocht naar alternatieven voor PFAS gaat het erom in geen geval zogenaamde regretrable substitutes te creëren, dus vervangingsstoffen die achteraf net zo schadelijk blijken te zijn als de oorspronkelijk gebruikte chemicaliën', zegt Empa-onderzoeker Dirk Hegemann van het laboratorium 'Advanced Fibers' in St. Gallen. Het team van Dirk Hegemann, Martin Amberg en Patrick Rupper stemt daarom al vroeg in het ontwikkelingsproces de behoeften van industrie, milieu en samenleving op elkaar af aan de hand van risicoanalyses en filtert die materialen en technologieën eruit die tekortschieten in de gewenste eigenschappen, duurzaamheid of economische haalbaarheid.
Omhuld tot in de diepte
Samen met de implementatiepartners uit de Zwitserse textielindustrie Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG en Seilfabrik Ullmann AG wordt op deze manier een nieuw industrieel impregneerproces ontwikkeld door middel van plasmatechnologie. Want PFAS-vrije stoffen zouden met conventionele technieken in te grote hoeveelheden moeten worden gebruikt om de materiaaleigenschappen van PFAS-gecoate textielen te bereiken. Het resultaat: puntenaftrek bij economische haalbaarheid en duurzaamheid, wat de zoektocht naar haalbare alternatieven volgens SSbD-criteria tot een uitdaging maakt.
Het nieuwe plasmasysteem, dat hiervoor samen met de Empa-onderzoekers is ontworpen, maakt het mogelijk om uiterst dunne coatings op de afzonderlijke vezels van een garen aan te brengen. 'Zo kunnen we de hoeveelheid gebruikte chemicaliën aanzienlijk verminderen en toch een uitgebreide impregnering van de garens bereiken', zegt Hegemann. De op deze manier geproduceerde garens zouden direct kunnen worden gebruikt voor de productie van outdoorkleding en sportkleding, maar ook voor touwen, aldus de onderzoeker.
Bij de plasma-geïnduceerde coatingtechniek wordt door middel van elektrische gasontlading in een kamer plasma opgewekt. Omdat hiervoor hoge energie bij lage temperatuur beschikbaar wordt gesteld, verdampen de chemicaliën in de kamer en vormen ze reactieve soorten die aan de afzonderlijke vezels van een garen hechten. Normaal gesproken kunnen op deze manier echter alleen de buitenste vezels van een textiel worden geïmpregneerd. 'We hebben een nieuwe benadering gevolgd: het nieuwe plasmacoatingsysteem genereert verschillende reactieve soorten die ook diep in de garenstructuur kunnen doordringen', legt Empa-onderzoeker Dirk Hegemann uit. Dit resulteert in een duurzame en doordringende coating.
Uitdaging: vet en vuil
Als alternatief voor PFAS onderzoeken de onderzoekers nu hoe siliciumorganische verbindingen voor de impregnering kunnen worden gebruikt. De onschadelijkheid, zelfs bij blootstelling aan het milieu, bijvoorbeeld door slijtage of wassen, moet daarbij grondig worden geanalyseerd. De eerste analyses tonen aan dat de siliciumorganische verbindingen sterk verknopte lagen vormen met uitstekende eigenschappen op het gebied van waterafstoting en snel drogen, die qua duurzaamheid zelfs de PFAS-imprägneringen overtreffen.
Een uitdaging blijft momenteel de vet- en vuilafstoting, die PFAS-textielen kunnen bieden. Hier is volgens Hegemann verder werk nodig om PFAS in textielen zoals beschermende werkkleding te vervangen. De grote groep siliciumorganische verbindingen biedt hier een veelheid aan mogelijkheden. Dankzij de plasmatechnologie is het nu ook mogelijk om door aanpassingen van de grondstoffen en coatingomstandigheden nieuwe oplossingen te vinden en af te stemmen op de gewenste eigenschappen van de textielen - en daarbij het 'Safe and Sustainable by Design'-principe in het oog te houden.