Formaldehyd bleibt für manche Anwendungen unverzichtbar

Emissionsverringerungen stehen gegen hohe Kundenanforderungen

Die letzten Jahre haben gezeigt, dass die Verringerung von Emissionen im Sinne eines produktorientierten Schutz der Umwelt an seine Grenzen stößt. Die Textilveredelung benötigt bis dato für bestimmte Ausrüstungsziele formaldehydhaltige, beziehungsweise formaldehydabspaltende Hilfsmittel, um den generell eher wachsenden Kundenanforderungen gerecht zu werden.

Ein aktueller Entwurf entsprechender Bund-/Länder-Gremien beschreibt daher neue Emissionswerte, benennt aber auch abweichende Regelungen für einzelne Verwendungsarten. Durch solche Regelungen ist es weiterhin möglich bestimmte Prozesse am Standort Deutschland durchzuführen. Und dies ohne das klare Minimierungsgebot für karzinogene Stoffe in irgendeiner Form zu verneinen.

Eine entsprechende Vorlage für die EU-Kommission seitens des „Committee For Risk Management“ (RAC) nimmt auch daher eine klare Einstufung vor. Die europäische Kommission folgte dem und stufte Formaldehyd rechtskräftig in die Kategorie „1B krebserzeugend“ ein. Entsprechende Stoffe müssen daher ab dem 1. Januar 2016 mit dem Gefahrenhinweis „H350: Kann Krebs erzeugen“ versehen werden.

Besonders die Textilveredelung ist davon betroffen: Formaldehyd wird zwar nicht unmittelbar zur Textilveredelung eingesetzt, ist aber unter Umständen in diversen Textilhilfsmitteln enthalten. Von den neuen Regelungen werden alle Gemische mit mehr als 0,1 Prozent freiem Formaldehyd betroffen sein.

Eine Vielzahl von Anwendungsbereichen prägt den speziellen Bereich von formaldehydhaltige, beziehungsweise formaldehydabspaltende Hilfsmitteln. Herauszuheben sind Flammschutzausrüstungen, Beschichtungen und griffgebende Mittel.

Flammschutz

Diese Ausrüstung ist in vielen Bereichen von großer Bedeutung, da es sich hier um Sicherheitsanforderungen handelt. Textilien für öffentliche Gebäude, den Objektbereich und auch insbesondere für viele Arten der Schutzbekleidung müssen flammhemmend ausgerüstet sein, um Menschen zu schützen.

Bromhaltige Flammschutzmittel sind zwar selbst formaldehydfrei, man braucht jedoch Binder, um diese Bromverbindungen auf dem Textil zu fixieren. Diese können Formaldehyd enthalten oder abspalten. Solche Flammschutzmittel stehen aufgrund ihres Bromgehalts und der Umweltrelevanz in letzter Zeit vermehrt in der Kritik. Sie wurden daher in der Zwischenzeit meist in der Anwendung beschränkt oder verboten.

Dazu kommen flammhemmende Mittel auf Basis von Stickstoff-und Phosphorverbindungen. Hier gibt es, um eine hohe Waschpermanenz zu erreichen, Chemikalien, die Formaldehyd enthalten. Auch hier gilt eine Minimierung als oberes Gebot.

Griffgebende / Versteifungs-Mittel

Chemikalien, die einen weichen Griff auf einem Textil hervorrufen sollen, sowie Versteifungsmittel für Spezialanwendungen stehen hier im Mittelpunkt. Während im Bereich Weichgriff formaldehydfreie Alternativen eine vergleichbar gute Effektivität aufweisen, sind bei den Versteifungsmitteln Spezialanwendungen betroffen, für die es derzeit noch keine formaldehydfreien Ersatzprodukte gibt.

Beschichtungen

Die Anwendungsbereiche, sowohl in der Bekleidung als auch bei technischen Textilien, sind vielfältig: Autohimmel und Kofferraumabdeckungen, Regen-und Outdoor-Bekleidung, dazu Zelte, Lkw-Planen, Blackout-Vorhänge, Teppichböden, sowie farbgebende und rutschhemmende Beschichtungen. Grundsätzlich werden dabei überall Textilien mit Polymeren beschichtet, wozu eben teilweise auch formaldehydabspaltende Mittel angewendet werden müssen.

Generell gibt es eine ganze Reihe von Beschichtungsarten, die sich im Auftragsverfahren und der dabei verwendeten "Chemie" unterscheiden. Verbreitet sind die Pasten-und die Schaumbeschichtung, wobei als chemische Basis unter anderem Polyurethan, Acrylat und Melaminpolymere im Einsatz sind. Eine Variante ist auch die Klebebeschichtung vor dem Zusammenfügen von zwei bahnenförmigen Materialien, wobei hier neben einem Textil auch eine Folie zum Einsatz kommen kann.

Fazit

Alle Beteiligten bemühen sich erkennbar um eine weitgehende Reduzierung im Sinne des Umweltschutzes – doch eine Reduzierung auf Null ist bis dato einfach nicht machbar. Die Suche und Forschung nach perfekten Ersatzstoffen und damit einer weiteren Verringerung von Emissionen geht also weiter.

 

Innovationen an der Schnittstelle zwischen Biologie und Technik

Die sogenannte „Biologisierung“ der Industrie bis hin zu damit verbundenen, veränderten Produkten und Produktionsmethoden schreitet mit großen Schritten voran. Dabei gilt es bislang verwendete Materialien durch neue Stoffe oder Verbundstoffe zu ersetzen. Aber auch der Aspekt der Ressourcen-Verknappung spielt zunehmend eine Rolle. Wer hier neue Möglichkeiten schafft und Innovationen zu bieten hat, wird zweifellos zu den Gewinnern der nächsten Jahrzehnte gehören.

Das Thema Elektromobilität und Autobau ist generell einer der Motoren dieser Entwicklung. Nur sehr leichte und doch gleichzeitig sichere, stabile Strukturelemente garantieren, dass neue (Elektro-)Automobile den Markt erobern können. Konstrukteure sehen sich vor der Aufgabe, die häufig immer noch recht schweren Metallteile durch Kunststoffe und Verbundstoffe zu ersetzen, um so Gewicht zu sparen und damit Reichweite zu erzielen.

Als deutlicher Nebeneffekt entstehen so Autos, die in der CO2-Bilanz klar vorne liegen und ihren „Carbon Footprint“ noch einmal nachdrücklich verkleinern können. Und was für die Auto-Industrie gilt, gilt noch mehr für die Luftfahrt-Industrie. Hier sind es die Organo-Bleche, die als plattenförmige oder wärmeverformbare Teile zum Einsatz kommen. Diese Werkstoffe sind Verbundstoffe aus synthetischen Fasern: Glas, Kohle und Aramidfasern werden zu thermoplastischen Kunststoffen verbunden.

Die Technische Universität Dresden hat Werkstoff-Alternativen entwickelt, die aus Biopolymer-Matrixen entstehen, die in eine Naturfaserstruktur integriert wurden. Die so entstandenen Werkstoffe basieren vollständig auf nachwachsenden Rohstoffen und weisen zum Teil sogar bessere Eigenschaften als bisher verwendete Materialien auf: Sie haben nicht nur ein geringeres Gewicht, sie splittern nicht, bilden auch keine scharfen Bruchkanten, sie dämpfen zudem Vibrationen, wirken damit schallabsorbierend und haben alles in allem sogar eine deutliche bessere Energie-Bilanz vorzuweisen.

Bei der Nachhaltigkeit liegen diese und ähnliche Verbundstoffe in vieler Hinsicht vorne. Eine sortenreine Trennung und damit eine hervorragende Rückführung in die Materialkreisläufe, machen sie gegenüber konventionellen Produkten zu klaren Gewinnern. Ein ernsthaftes Recyceln am Ende der Produktlaufzeit war bei bisherigen Produkten kaum gegeben.

Algen zeigen sich übrigens als besonders interessante Ressource. Eine sehr einfache Kultivierung, verbunden mit schnellem Wachstum und einer hohen Bindung von CO2 macht diese natürliche Rohstoffquelle zu einem der spannendsten Verbundstoffträger. Aktuell werden diese Alginate vor allem für medizinische Zwecke eingesetzt. Der größte Problempunkt ist dabei die durchaus schwankende Zusammensetzung der Algen – eine Produktion hochreiner Alginate, vor allem von definierter Qualität, wäre hier der entscheidende Schritt nach vorne. Wenn dies perfekt gelingt, lassen sich etwa Wundauflagen im industriellen Maßstab erstellen, in dem diese Fasern auf Textilmaschinen verarbeitet werden. Verschiedene Forschungs-Kooperationen arbeiten bereits seit 2013 daran die erforderliche Optimierung durch neuartige Biotechnologien zu erreichen.

Ein leistungsfähiger Verbundwerkstoff: Textilbeton mit neuen Eigenschaften

Zusätzliche Aufnahme von Zug- und Biegekräften durch Textilien und Verbundmethoden

Neuartige Fertigbauteile, besonders dünne Betonschichten in der Sanierung und zeitgemäße Möglichkeiten bei der Gestaltung im Bau bietet Textilbeton in seinen vielfältigen Varianten. Er verändert so Potenziale und Optionen für die Gestaltung mit dem traditionellen Werkstoff. Gegenüber der klassischen Bewehrung aus Stahl hat die textile Bewehrung den großen Vorteil nicht zu korrodieren. Der Wunsch nach immer tragfähigeren Bauwerken mit immer geringerem Materialaufwand führte letztlich zu der Entwicklung dieser Verbundwerkstoffe, die die positiven Eigenschaften verschiedener Materialien vereinen.

Der Stand der Technik mit Stahlbewehrung braucht eine Mindestdicke von 30 cm und ist nicht in der Lage Zugkräfte aufzunehmen. Ein moderne Gestaltung und Verarbeitung von Beton verlangt nach anderen Bewehrungselementen. Textilbeton – auch als Carbonbewehrung bekannt – ist ein leistungsfähiger Verbundwerkstoff, der aus einer mineralischen Matrix und einer darin eingebetteten textilen Bewehrung besteht.

Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit des Werkstoffes ist ein guter Verbund zwischen textiler Bewehrung und der Betonmatrix. Daher werden für den Textilbeton sehr fließfähige Feinbetone mit einem Korngröße von 5 mm eingesetzt. Durch die Kombination dieser beiden Komponenten werden die wesentlichen konstruktiven und architektonischen Eigenschaften des neuen Werkstoffs bestimmt.

Bis 2030 sollen bei Neubauten mindestens 20 Prozent der Stahlbewehrung durch Carbonbewehrung ersetzt werden können. Die leichten Bauteile aus Textilbeton können einen wichtigen Beitrag zum nachhaltigen Bauen leisten, in dem der Energieverbrauch und CO2-Emissionen reduziert und Ressourcen geschont werden. Momentan gilt die Zulassung allerdings nur, um Bauwerke aus Stahlbeton zu verstärken oder deren Tragfähigkeit zu verbessern.

Aktuelle Einsatzbereiche für den Textilbeton sind die Instandsetzung und Verstärkung alter Bausubstanz sowie die Erstellung von Fertigteilen mit neuen Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich bis dato nicht erreichter Dünnwandigkeit sowie freier Formbarkeit bei oberflächennahen Bewehrungen. Bisher ist Textilbeton bereits bei einzelnen Bauwerken zum Einsatz gekommen – unter anderem hat sich das Material bei einer Fußgängerbrücke für die Landesgartenschau in Oschatz bewährt.

Im Juni 2014 gab es nach umfangreichen Labortests des Deutschen Institut für Bautechnik in Berlin eine erste Freigabe für „Tudalit“-Verstärkungen, die vor allem dafür eingesetzt werden für Stahlbetonbauteile eine Biegeverstärkung in der Zugzone – bei vorwiegend ruhender Belastung – herzustellen. Das kommt besonders bei der Sanierung und Umnutzung von Gebäuden zum Tragen, wo ein hoher Verstärkungsgrad bei einer nur geringen Schichtdicke von 10 bis 20 mm und einer hohen Formbarkeit erreicht wird.

Smarte Textilien für ein perfektes Monitoring

Spezifische Eigenschaften von Textilien erlauben vielseitige Mensch-Maschine-Schnittstellen

Zusätzliche und neue, bisher kaum gekannte Eigenschaften von mehrschichtigen Textilien werden eine große Zukunft haben. Schon jetzt liegt allein der europäische Markt um die 600 Millionen Euro Umsatz (2013), während für den globalen Markt die Prognosen bei 3,5 Milliarden Euro bis 2020 liegen. Medizin, Sport, Schutzbekleidung und die Auto-Industrie sind dabei treibende Branchen.

Die Autohersteller setzen auf smarte Textilien zum Beispielen im Innenraum-Design, auch etwa bei leuchtenden Funktionen bis hin zur Versorgung von Kleinstaggregaten. Aber auch der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen zum Monitoring des Fahrzeuginsassen ist hier eine zukunftsweisende Einsatzmöglichkeit.

Technische Textilien und Coatings werden vor allem im boomenden Medizin- und Pflegebereich eine große Rolle spielen. Neben der Überwachung von Vitaldaten, können solche neuen Werkstoffe auch etwa Wundheilungsprozesse oder Bewegungsabläufe begleiten. Verbundene biochemische Sensoren messen dann zum Beispiel Körperflüssigkeiten und können damit von fern Auskunft über den Gesundheitszustand etwa bei pflegebedürftigen Menschen geben. Technische medizinische Produkte erhalten so Eigenschaften, die es bisher nicht gab und führen auf diese Weise gar zu bisher unbekannten Therapiekonzepten.

Der Schutz von Einsatzkräften in Katastrophenfällen oder auch im täglichen Einsatz bei Feuer und Unfallrettung ist weiterer wesentlicher Entwicklungsbereich für Textilen mit Eigenschaften, die die Erfassung von Vitalparametern erlauben. Dabei wird unter Umständen nicht nur die zu schützende Person überwacht, sondern gleichzeitig auch die Umgebung – was eine frühzeitige Warnung vor bedrohlichen, gar lebensgefährlichen Situationen für die Einsatzkräfte erlaubt.

Auch der Sport, speziell der Spitzensport, ist ein großes Feld für smarte Textilien. Dabei geht es – ähnlich wie im medizinischen-pflegerischen Bereich – um das Monitoring der Körperdaten und letztlich eine so zu erreichende Verbesserung der Leistungsparameter und eine klare Optimierung von Bewegungsabläufen. Hier entstehen Mensch-Maschine-Schnittstellen, die bisher nicht vorstellbar waren.