Ersatz toxischer Chemikalien in der Herstellung von Reifen und Förderbändern
Die Qualität von Verbundsystemen aus Cord hochfester Fasern wie Polyester,
Aramid oder Polyamid und Matrixmaterialien aus Kautschuk wird maßgeblich
bestimmt durch die Haftfähigkeiten der Fasern an der Matrix. Im
etablierten Herstellungsprozess werden Haftvermittler aus Resorcin-
Formaldehyd-Latex (RFL) zur Verbesserung der Haftfähigkeiten verwendet.
Forscherinnen und Forscher an den DITF Denkendorf zeigen Wege, um das
gesundheitsschädliche Formaldehyd durch technisch gleichwertige, aber
gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu ersetzen.
In Autoreifen, Förderbändern und Keilriemen sowie in vielen Anwendungen
bei der Herstellung technischer Erzeugnisse werden Kautschukmaterialien
durch Cord verstärkt. Verwendet werden hochfeste Fasern aus Polyester,
Polyamid oder Aramid. Sie sorgen für die notwendige Festigkeit und
Steifigkeit des Gesamtverbunds und wirken äußeren Kräften entgegen.
Dadurch können Verformungen, Dehnung und Torsion des Materials klein
gehalten werden.
Diese Ansprüche an das Faserverbundmaterial können aber nur erfüllt
werden, wenn zwischen Fasern und Matrix (aus Kautschuk bzw. Gummi) eine
ausreichend hohe Haftfestigkeit besteht. Andernfalls ist mit einer
Delamination der Werkstoffverbunde zu rechnen, die in wechselnden Lagen
von Gewebe und Kautschuk aufgebaut sind. Materialversagen wäre die Folge.
Die Haftfestigkeit wird durch den Einsatz von Haftvermittlern erhöht.
Bewährt haben sich Chemikalien auf der Basis von Formaldehyd-Resorcin-
Latex (RFL). Sie werden als sogenannte Dips auf die Fasern aufgebracht und
sorgen dafür, dass sich deren Haftung an der Matrix aus Kautschuk deutlich
verbessert. RFL ist als Haftvermittler etabliert, hat aber einen
bedeutenden Nachteil: Formaldehyd ist seit 2014 von der EU als
nachweislich cancerogen und mutagen eingestuft. Die chemische Industrie
ist daher auf der dringenden Suche nach gesundheitlich unbedenklichen
Alternativen.
Die DITF Denkendorf haben sich des Problems angenommen und ein neues,
formaldehydfreies Beschichtungssystem entwickelt. Es basiert auf dem aus
Holz gewinnbaren Stoff Hydroxymethylfurfural (HMF). HMF bildet sich bei
der thermischen Zersetzung von Kohlenhydraten. Es kommt in vielen mit
Hitze behandelten Lebensmitteln wie Milch, Kaffee oder Fruchtsäften vor
und gilt nach derzeitigem wissenschaftlichem Kenntnisstand als
gesundheitlich unproblematisch.
Die an den DITF entwickelten HMF-Dips sind auch aus technischer Sicht
vielversprechend: Bei Garnen aus Polyamid 6.6 reicht eine einfache
Imprägnierung aus, um die gewünschte Haftverbesserung zu erzielen. Garne
aus Polyester oder Aramid bedürfen einer zusätzlichen vorhergehenden
Plasmabehandlung oder einer Sol-Gel-Ausrüstung, um die notwendige
Haftverbesserung zu erreichen. Das Aufbringen des HMF-Dips ist unter den
gleichen Bedingungen und mit derselben Technologie möglich, die auch für
die RFL-Dips verwendet wird. An dieser Stelle sind also keine zusätzlichen
Investitionen nötig, um den Haftvermittler in der Produktion
auszutauschen.
Die bereits aufgezeigten Vorteile sollen ausgebaut werden. Der Ersatz des
Resorcins in der Dip-Formulierung ist das nächste Forschungsziel. Denn
auch Resorcin hat eine humantoxische Wirkung. In Zusammenarbeit mit
Industriepartnern untersucht man derzeit, inwieweit Resorcin durch Lignin
ersetzbar ist. Das Besondere an dem verwendeten Lignin ist, dass es aus
einjährigen Pflanzen gewonnen wird. Damit ist es, im Gegensatz zum häufig
verwendeten Holzlignin, chemisch wesentlich aktiver und bietet mehr
Potential für die weitere Verarbeitung zu einem technisch vorteilhaften
Haftvermittler.
Beide Ansätze, Chemikalien in Haftvermittlern durch gesundheitlich
unbedenkliche Stoffe auszutauschen, tragen durchweg den Gedanken des
nachhaltigen Wirtschaftens: Die neuen Haftvermittler aus HMF und Lignin
basieren auf natürlichen Rohstoffen. Die Problemlösung innerhalb einer
anspruchsvollen, technischen Anwendung unter Einhaltung von
Nachhaltigkeitsaspekten spiegelt die Verpflichtungen der Forschung
gegenüber den gesellschaftlichen Vorgaben wider. Für die klein- und
mittelständische Industrie bieten die Forschungsergebnisse Grundlage für
Innovationen und damit einen echten Vorteil im internationalen Wettbewerb.
