För att funktionskläder ska tåla alla väder krävs en kemisk impregnering. Regnjackor, badbyxor & Co med en PFAS-innehållande beläggning bidrar dock till miljöbelastning med de fluorinnehållande evighetskemikalierna. Att ersätta denna ämnesgrupp är inte trivialt, eftersom den har utmärkta egenskaper: PFAS är vatten-, smuts- och fettavvisande. Därför arbetar forskare vid Empa tillsammans med partners från industrin för att utveckla teknologier och material som gör det möjligt att producera PFAS-fria textilier med de önskade egenskaperna hållbart och ekonomiskt.
Det innovativa projektet uppstod ur nätverket Subitex, ett långt samarbete mellan företag i den schweiziska textilorganisationen Swiss Textiles och Empa i St. Gallen. Det av Innosuisse-stödda projektet "EC0Tex" syftar till att generera vattenavvisande beläggningar för textilgarn genom att använda fluorfri substanser i en nyutvecklad plasmabeläggningsanläggning. Projektet har nyligen tilldelats "Innovation Award" för hållbarhet och innovation vid den internationella mässan "Techtextil" i Frankfurt am Main.
Ersättning utan ånger
Centralt i projektet "EC0Tex" är principen "Safe and Sustainable by Design", förkortat SSbD. "Vid jakten på alternativ till PFAS handlar det om att inte skapa så kallade Regrettable Substitutes, alltså ersättningsämnen som i efterhand visar sig vara lika skadliga som den ursprungligen använda kemikalien", säger Empa-forskaren Dirk Hegemann från "Advanced Fibers"-laboratoriet i St. Gallen. Därför balanserar teamet kring Dirk Hegemann, Martin Amberg och Patrick Rupper redan tidigt i utvecklingsprocessen de olika behoven från industri, miljö och samhälle baserat på riskanalyser och filtrerar ut de material och tekniker som misslyckas med de önskade egenskaperna, hållbarheten eller ekonomin.
Täckt på djupet
Tillsammans med genomförandeparterna från den schweiziska textilindustrin Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG och Seilfabrik Ullmann AG utvecklas ett nytt industriellt impregneringsprocess baserat på plasmateknologi. PFAS-fria substanser skulle med traditionella tekniker behöva användas i för stora mängder för att uppnå samma materialegenskaper som PFAS-belagd textil. Resultatet blir poängavdrag för ekonomi och hållbarhet, vilket gör jakten på genomförbara alternativ enligt SSbD-standarder till en utmaning.
Den nya plasmautrustningen, som utformats tillsammans med forskarna vid Empa, gör det möjligt att applicera extremt tunna beläggningar på enskilda fibrer i ett garn. "På så sätt kan vi avsevärt minska mängden använd kemikalier och samtidigt uppnå en omfattande impregnering av garnen", säger Hegemann. De producerade garnen kan direkt användas för produktion av utomhus- och sportkläder, men också rep, tillägger forskaren.
Vid den plasmainducerade beläggningstekniken genereras plasma i en kammare genom elektrisk gasurladdning. Då detta sker tillhandahålls hög energi vid låga temperaturer, förångas kemikalierna i kammaren och bildar reaktiva arter som dockar på de enskilda fibrerna i ett garn. Vanligtvis kan endast de yttersta fibrerna i ett textil impregneras på detta sätt. "Vi följde en ny metod: Den nya plasmabeläggningsanläggningen genererar olika reaktiva arter som även kan tränga djupt in i garnstrukturen", förklarar Empa-forskaren Dirk Hegemann. Detta resulterar i en stabil och genomträngande beläggning.
Utmaning: Fett och smuts
Som alternativ till PFAS undersöker forskarna nu hur silikonorganiska föreningar kan användas för impregnering. Dess säkerhet, även vid miljöexponering som genom slitage eller tvätt, måste noggrant analyseras. Första analyser indikerar att silikonorganiska föreningar bildar högt korskopplade skikt med utmärkta egenskaper vad gäller vattenavvisning och snabb torkning, vilket till och med överträffar PFAS-impregneringar i fråga om beständighet.
En utmaning är för närvarande fett- och smutsavstötningen som PFAS-textilier kan tillhandahålla. Här krävs ytterligare arbete för att kunna ersätta PFAS i textilier som skyddskläder, säger Hegemann. Den stora gruppen av silikonorganiska föreningar har här en mängd möjligheter. Tack vare plasmateknologin finns nu också möjlighet att genom anpassningar av utgångsämnena och beläggningsförhållandena hitta fler nya lösningar och skräddarsy dem efter de önskade egenskaperna hos textilierna – samtidigt som principerna för "Safe and Sustainable by Design" hålls i fokus.