Letzte Woche habe ich versprochen, einen Blick auf schmutz- und fleckenabweisende Oberflächen zu werfen, um zu sehen, wie jede aufgetragen und / oder formuliert wird. Daher ist es wichtig, dass wir ihre Ansprüche bewerten können – oder zumindest den Jargon kennen! Die Chemie hier ist, wie ich im Beitrag der letzten Woche sagte, dicht. Die wichtige Sache, an die man sich bei all diesen Oberflächen erinnern sollte, ist, dass sie alle von der Chemie auf Fluorkohlenstoffbasis abhängen, um wirksam zu sein.
Die ältesten wasserabweisenden Oberflächen für Stoffe waren einfach Beschichtungen aus Paraffin oder Wachs – und sie wuschen sich im Allgemeinen schließlich aus. Perfluorchemikalien (PFCS) sind die einzigen Chemikalien, die Wasser, Öl und andere Flüssigkeiten, die Flecken verursachen, abstoßen können. Mit PFCS veredelte Stoffe haben Antihafteigenschaften; Diese Chemikalienfamilie wird in fast allen fleckenabweisenden Oberflächen auf dem heutigen Markt verwendet. Andere Materialien können hergestellt werden, um einige dieser Funktionen auszuführen, leiden jedoch unter Öleinwirkung und sind erheblich weniger haltbar.
Die früheste Art der schmutzabweisenden Ausrüstung (unter Verwendung dieser PFCs) verhinderte, dass der Boden in die Faser eindrang, indem er die Faser beschichtete. Für die Verwendung auf einem Textil werden die Chemikalien mit Bindemitteln (Polyurethan oder Acryl) verbunden, die als Klebstoff wirken, um sie auf die Oberfläche des Gewebes zu kleben. Gore Tex ist eine dieser frühen Beschichtungen – ein dünner Film wurde auf das Gewebe laminiert; Eine andere, die seit fast 50 Jahren von der 3M Corporation hergestellt wird, ist Scotchgard. Scotchgard war so beliebt und wurde so allgegenwärtig, dass „Scotchgard“ als Verb in die Sprache eintrat. 
Die Chemikalie, die ursprünglich zur Herstellung von Scotchgard und Gore Tex verwendet wurde, zerfällt in Perfluoroctansulfonat oder PFOS, eine vom Menschen hergestellte Substanz, die zur Familie der Perfluorchemikalien gehört. PFOS und PFOA haben Ketten von acht Kohlenstoffatomen; Die mit PFOA und PFOS verwandte Materialgruppe heißt C8 – dies wird oft als „C8-Chemie“ bezeichnet.
Eine Seite zur C8-Chemie:
Wenn Sie sich aus dem Beitrag der letzten Woche erinnern, besteht die PFC-Familie aus Molekülen mit einem Kohlenstoffrückgrat, das vollständig von Fluor umgeben ist. Verschiedene „Cousins“ haben Kohlenstoffrücken unterschiedlicher Länge: PFOS oder C8 hat beispielsweise 8 Kohlenstoffatome, C7 hat 7 und so weiter. Es gibt heute Kontroversen über die sogenannten „schlechten“ Fluorkohlenwasserstoffe (C8 ) und die „guten“ (C6), auf die ich im Folgenden eingehen werde.
C8 – (das Rückgrat besteht aus einer Kette von 8 Kohlenstoffatomen): Zwei Methoden werden verwendet, um zwei leicht unterschiedliche Produkte herzustellen:
1) Elektrofluorierung: verwendet Elektrolyse, um Wasserstoffatome in einem Molekül durch Fluoratome zu ersetzen, um die 8-Einheitskette zu erzeugen, die nur Kohlenstoff und Fluor enthält. Dabei entsteht eine geringe Menge PFOS (Perfluoroctansulfonat).
2) Telomerisierung: Chemisches Äquivalent zur Herstellung einer Daisy Chain: Erzeugt Minipolymere, indem einzelne Einheiten in Ketten miteinander verbunden werden. Das übliche Ziel ist es, Ketten herzustellen, die durchschnittlich 8 Einheiten lang sind, aber der Prozess ist nicht perfekt und es ergibt sich eine Reihe von Kettenlängen – von 4 Einheiten bis 14 Einheiten Länge. Sie können also einen C4, C6, C12 usw. haben. Bei dieser Methode wird eine kleine Menge eines Nebenprodukts namens PFOA (Perfluoroctansäure) hergestellt.
C6 – Diese Chemie produziert ein Nebenprodukt namens PFHA (Perfluorhexansäure), das 40-mal weniger bioakkumulierbar sein soll als PFOA. Aber es ist auch weniger effektiv, so dass mehr von der Chemikalie verwendet werden muss, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Die Hersteller versuchen, immer kleinere Perfluorkohlenstoffsegmente in ihren Produkten zu finden, und sogar C4 wurde verwendet. Je kleiner der Fluorkohlenstoff ist, desto schneller zerfällt er in der Umwelt. Leider sinkt die gewünschte textile Leistung, wenn die Größe des Perfluorkohlenstoffs abnimmt. „C6 ist chemisch am nächsten zu C8, aber es enthält kein PFOA. Es bricht in der Umwelt zusammen – ein positives Merkmal -, haftet jedoch nicht so gut an der Oberbekleidung und stößt Wasser und Öl nicht so gut ab wie C8, was bedeutet, dass es einen vagen Industriestandard nicht erfüllt sowie individuelle Unternehmensstandards für Haltbarkeit und Abweisung.“
Zurück zu Scotchgard:
Wissenschaftler bemerkten, dass PFOS (der C8-Fluorkohlenstoff) überall auftauchte: in Eisbären, Delfinen, Babyadlern, Leitungswasser und menschlichem Blut. So auch sein C8-Cousin PFOA. Diese beiden künstlichen Perfluorchemikalien (PFOS und PFOA) zersetzen sich in der Natur nicht. Sie töten Laborratten in höheren Dosen, und es gibt mögliche Verbindungen zu Gewebeproblemen, Entwicklungsverzögerungen und einigen Formen von Krebs. Im Folgenden sind Tabellen der Ergebnisse, die die US Environmental Protection Agency veröffentlicht von Daten gesammelt von 3M und DuPont; einige Menschen haben mehr PFOA im Blut als die geschätzten Werte bei Tieren in dieser Studie. Eine vollständige Übersicht über diese Studie finden Sie auf der Website der Environmental Working Group, http://www.ewg.org/node/21726.
PFOA und PFOS, nach Angaben der US EPA:
- Sind sehr hartnäckig in der Umwelt.
- Werden in sehr niedrigen Konzentrationen sowohl in der Umwelt als auch im Blut der US-Bevölkerung gefunden.
- Bleiben sehr lange in Menschen.
- Entwicklungs- und andere nachteilige Wirkungen bei Labortieren verursachen.
Schließlich stellte 3M die Scotchgard-Produktion ein. Doch Konten unterscheiden sich, ob 3M freiwillig die problematische C8-Chemie auslaufen oder wurde in sie von der EPA unter Druck gesetzt, nachdem das Unternehmen seine Daten Ende 1999 geteilt. So oder so, der Ausstieg wurde im Dezember 2000 begonnen, obwohl 3M in Deutschland immer noch geringe Mengen PFOA für den Eigenbedarf herstellt. 3M, das immer noch Chemiefabriken in Cottage Grove, Decatur, und Antwerpen, Belgien, überwacht, besteht darauf, dass keine Risiken für Mitarbeiter bestehen, die mit den Chemikalien umgegangen sind oder ihnen ausgesetzt waren. Minnesota Public Radio veröffentlichte eine Zeitleiste für Meilensteine in Scotchgard von 3M, auf die zugegriffen werden kann hier.
Der Ausstieg blieb von den meisten Verbrauchern unbemerkt, da 3M schnell ein anderes, weniger wirksames Spray für die Verbraucher ersetzte und nach einem neu formulierten Scotchgard für Teppichfabriken, Bekleidungs- und Polsterhersteller suchte. Als Ersatz entschied sich 3M für Perfluorbutansulfonat oder PFBS, einen Cousin mit vier Kohlenstoffatomen der Chemikalie im alten Scotchgard, als Baustein für Scotchgards neue Generation. Dieser neue C4-basierte Scotchgard ist absolut sicher, sagt 3M. Das Unternehmen fügt hinzu, dass es eng mit der EPA zusammengearbeitet und mehr als 40 Studien durchgeführt hat, die vertraulich sind. Weder 3M noch die EPA werden sie freigeben.
Laut 3M zeigen die Ergebnisse, dass PFBS nach den EPA-Richtlinien des Bundes nicht toxisch ist und sich nicht wie die alte Chemikalie ansammelt. Es bleibt in der Umwelt bestehen, aber 3M kam zu dem Schluss, dass dies kein Problem ist, wenn es sich nicht ansammelt oder giftig ist. PFBS können in den Blutkreislauf von Menschen und Tieren gelangen, aber „es wird sehr schnell eliminiert“ und schadet bei typischen sehr niedrigen Konzentrationen nicht, sagte Michael Santoro, 3Ms Director of Environmental Health, Safety & Regulatory Affairs. 3M beschränkt den Verkauf auf Anwendungen mit geringen Emissionen.
3M sagt, Verbraucher davon zu überzeugen, dass Scotchgard sicher ist, ist nicht die Herausforderung Nr. 1; Vielmehr geht es einfach darum, den neuen, neuen Scotchgard herauszubringen. Die Marke, 3M unterhält, ist ungetrübt. „Dieses Thema Sicherheit wurde seltsamerweise nie auf dem Radarschirm der Kunden registriert“, sagte Michael Harnetty, Vizepräsident der 3M-Division Protective Materials.
Scotchgard bleibt eine starke Marke: „Wir bekommen immer noch sehr gute Anfragen wie:“Werden Sie diesen Stoff mit Teflon Scotchgard?“, sagte Robert Beaty, VP of Sales für die Synthetic Group, ein großes Finishing-Haus.
Ein weiteres frühes schmutzabweisendes Finish ist Teflon, das von DuPont hergestellt wurde. Teflon basiert auf der C8-Chemie, und PFOA ist ein Nebenprodukt der Herstellung von Fluortelomeren, die in der Teflonchemie verwendet werden.
Es gab viele Informationen über 3M, DuPont und diese beiden Produkte, Scotchgard und Teflon, im Internet. Die Environmental Working Group http://www.ewg.org/ hat detaillierte Beschreibungen dessen, was diese Chemikalien mit uns machen, sowie die Informationen zu den vielen Anzügen, Gegenanzügen und Forschungsstudien. Die Unternehmen sagen, dass ihre neuen umformulierten Produkte völlig sicher sind – und andere Gruppen wie die Environmental Working Group stellen diese Annahme in Frage.
Übrigens bewerben sowohl DuPont als auch 3M ihre Produkte als „wasserbasiert“ – und das sind sie, aber das ist nicht der Punkt und spricht die kritischen Probleme nicht an. In Terrachoices „Seven Sins of Greenwashing“ würde dies als Sünde Nr. 5 betrachtet: die Sünde der Irrelevanz, die lautet: „Eine Umweltaussage, die wahrheitsgemäß sein kann, aber für Verbraucher, die umweltverträgliche Produkte suchen, unwichtig oder nicht hilfreich ist. ‚FCKW-frei‘ ist ein gängiges Beispiel, da es eine häufige Behauptung ist, obwohl FCKW gesetzlich verboten sind.“
Im Januar 2006 wandte sich die US Environmental Protection Agency (EPA) an die acht größten Fluorkohlenstoffhersteller und bat um ihre Teilnahme am PFOA-Stewardship-Programm 2010/15 und um ihre Verpflichtung, PFOA und verwandte Chemikalien weltweit sowohl bei den Emissionen von Anlagen als auch beim Produktinhalt um 95 Prozent bis 2010 und 100 Prozent bis 2015 zu reduzieren.
Die Fluorpolymerhersteller verbessern ihre Prozesse und reduzieren ihren Abfall, um die Menge der verwendeten PFOA-Materialien zu reduzieren. Die Menge an PFOA in Veredelungsformulierungen ist stark vermindert und nimmt weiter ab, aber auch Teile pro Billion sind nachweisbar. Finishing-Formulierer bewerten weiterhin neue Materialien, die PFOA eliminieren können, während die Leistung erhalten bleibt, aber eine Lösung ist noch in Sicht. Ein kritisches Stück in diesem Puzzel ist, dass PFOA auch indirekt durch den allmählichen Abbau von Fluortelomeren produziert wird – so kann ein schmutzabweisendes Finish ohne nachweisbare Mengen an PFOA formuliert werden, aber IMMER NOCH PFOA produzieren, wenn die Chemikalien beginnen sich zu zersetzen.
Vor kurzem wurde eine neue Dimension zu den beständigen Formulierungen des Flecks hinzugefügt und das ist der Gebrauch der Nanotechnologie.
Nanotechnologie ist definiert als die präzise Manipulation einzelner Atome und Moleküle, um Schichtstrukturen zu erzeugen. In der Welt der Nanowissenschaften zeigen gewöhnliche Materialien einzigartige Eigenschaften auf der Nanoskala. Die Grundvoraussetzung ist, dass sich die Eigenschaften dramatisch ändern können, wenn die Größe einer Substanz auf den Nanometerbereich reduziert wird. Beispielsweise können Keramiken, die normalerweise spröde sind, verformbar sein, wenn ihre Größe reduziert wird. In Massenform ist Gold inert, aber sobald es in kleine Atomcluster zerlegt ist, wird es hochreaktiv.
Wie jede neue Technologie tragen Nanomaterialien Potenzial sowohl zum Guten als auch zum Schaden mit sich. Die größten Sorgen betreffen nicht apokalyptische Visionen, sondern die eher prosaische und wahrscheinliche Möglichkeit, dass sich einige dieser neuartigen Materialien als gesundheits- oder umweltgefährdend herausstellen. Wie John D. Young und Jan Martel in „The Rise and Fall of Nanobacteria“ berichten, können selbst natürlich vorkommende Nanopartikel eine schädliche Wirkung auf den menschlichen Körper haben. Wenn natürliche nanoparticulates uns schädigen können, würden wir klug sein, die möglichen Aktionen von ausgeführten nanomaterials sorgfältig zu betrachten. Die Größe der Nanopartikel bedeutet auch, dass sie leichter in die Umwelt entweichen und tief in innere Organe wie Lunge und Leber eindringen können. Hinzu kommt, dass jedes Nanomaterial einzigartig ist. Obwohl Forscher eine Reihe von Studien zu den Gesundheitsrisiken einzelner Materialien durchgeführt haben, kann dieser Scattershot—Ansatz kein umfassendes Bild der Gefahren liefern – quantitative Daten darüber, welche Materialien in welchen Konzentrationen den Körper über welchen Zeitraum beeinflussen.
Als Ergebnis dieser Bedenken, im September, 2009, die U.S. Die EPA kündigte eine Studie über die gesundheitlichen und ökologischen Auswirkungen von Nanomaterialien an – ein Schritt, für den sich viele seit Jahren eingesetzt hatten. Und das geschieht nicht zu früh: Mehr als 1.000 Konsumgüter mit Nanomaterialien sind in den USA erhältlich, und jeden Tag kommen weitere hinzu.
Und die Nanotechnologie wurde für Textilien auf vielfältige Weise eingesetzt: sowohl auf Faser- als auch auf Gewebeebene und bietet eine außergewöhnliche Auswahl an nanofähigen Textilprodukten (am häufigsten Nanofasern, Nanokompositfasern und nanobeschichtete Fasern) – sowie in Bezug auf Schmutz- und Fleckenbeständigkeit.
Für Wissenschaftler, die versuchten, Nanotechnologie auf textile Schmutz- und Fleckenabweisung anzuwenden, wandten sie sich, wie es in der Wissenschaft oft der Fall ist, der Natur zu: Bei der Untersuchung der Oberfläche von Lotusblättern, die eine unglaubliche Fähigkeit haben, Wasser abzustoßen, stellten Wissenschaftler fest, dass die Oberfläche des Lotusblattes glatt erscheint, aber tatsächlich rau und natürlich schmutz- und wasserabweisend ist. Die raue Oberfläche verringert die Fähigkeit des Wassers, sich auszubreiten. Winzige Spalten in der Blattoberfläche fangen Luft ein und verhindern, dass die Wassertropfen am Boden haften bleiben. Wenn Tröpfchen von der Oberfläche rollen, nehmen sie Schmutzpartikel auf, die auf ihrem Weg liegen. Unter Verwendung dieses gleichen Konzepts entwickelten Wissenschaftler ein nanotechnologiebasiertes Ende, das eine ähnliche Struktur auf der Faseroberfläche bildet. Stoffe können durch einfaches Spülen mit Wasser gereinigt werden.
Nano-Tex (www.nano-tex.com ) war das erste kommerziell erhältliche schmutzabweisende Gewebe auf Nanopartikelbasis. Es debütierte im Dezember 2000. Ein anderes nanotech basiertes bodenabweisendes Mittel ist GreenShield (www.greenshieldfinish.com ), die 2007 debütierte. Beide Oberflächen basieren, obwohl sie Nanotechnologie verwenden, auch auf Fluorkohlenstoffchemie. Die Website von Nano-Tex gibt nicht viele Informationen über ihre Formulierung – im Grunde sagen sie nur, dass es sich um eine neue Technologie handelt, die „jede Faser durch Nanotechnologie grundlegend verändert“. Viel mehr technische Spezifikationen werden Sie von Nano-Tex nicht bekommen. GreenShield ist viel offener mit Informationen über ihren Prozess.
In den GreenShield-Oberflächen ist das grundlegende Nanopartikel amorphe Kieselsäure, ein inertes Material, das in Anwendungen mit direktem menschlichen Verzehr gut eingesetzt wird und allgemein als sicher anerkannt und von der Food and Drug Administration (FDA) und der Environmental Protection Agency für solche Anwendungen zugelassen ist. Die Verwendung von Siliciumdioxid ermöglicht es GreenShield, die Menge an Fluorkohlenwasserstoffen um den Faktor 8 oder mehr von allen anderen Oberflächen zu reduzieren, und es reduziert die chemische Gesamtbelastung um den Faktor drei – wodurch GreenShield die Oberfläche ist, die die geringste Menge dieser Fluorkohlenwasserstoffe verwendet.
Das GreenShield-Finish erhält jedoch gemischte Umweltbewertungen. Die umweltfreundlichen Polyestergewebe von Victor Innovatix mit GreenShield wurden im Cradle-to-Cradle-Programm mit Silber ausgezeichnet. Das gleiche Textil ohne GreenShield-Finish (oder ein beliebiges Finish) erhielt jedoch eine höhere Goldbewertung, was das Risiko einer Toxizität widerspiegelt, die GreenShield in das Produkt einführt. Informationen zur Produktverfügbarkeit finden Sie unter www.victor-innovatex.com .
PFOA Puzzle – Textile Einblicke — http://www.textileinsight.com/articles.php?id=37
Bjorhus, Jennifer, „Scotchgard ist wieder attraktiv“, St. Paul Pioneer Press, 27. Mai 2003