Projekt 38260/01

MoMenT (Monomaterial-Membran-Textilien) Entwicklung von Monomaterialkonzepten für recyclingfähige Membrantextilien am Beispiel von Schuhen und Arbeitskleidung

Projektdurchführung

Sympatex Technologies GmbH
Feringastr. 7 a
85774 Unterföhring

Zielsetzung

Ziel des Forschungsvorhabens war die kreislauffähige Materialentwicklung von robusten PES-basierten Laminaten und PES-basierten Haftvermittlern für den funktionellen Einsatz (Schuhe und Arbeitsschutzbekleidung) sowie potentiell weiteren Materialklassen, basierend auf dem Design2Recycle-Ansatz. Die bisher notwendigen Materialkompositionen der Verbundstoffe sollten zu Monomaterialien weiterentwickelt werden, wodurch die Rückführung in ein hochwertiges Textilrecycling grundsätzlich gezeigt und für die Zukunft ermöglicht werden sollte.

Das werterhaltende Recycling für einfache Bekleidungsstücke ist bereits technisch machbar und muss derzeit infrastrukturell umgesetzt werden. Das Recycling von Funktionstextilien (Schuhe, Arbeitsschutz) steht dagegen noch weit am Anfang der Entwicklung. Geschätzt werden weltweit etwa 23 Milliarden Schuhe jährlich hergestellt, wovon etwa 95% auf Mülldeponien oder in Verbrennungsanlagen enden. Gerade bei Schuhen besteht die große Herausforderung des Recyclings in der Trennung einer beträchtlichen Materialmixtur.

Dennoch schreiten viele Unternehmen bereits jetzt voran und erstellen Schuhrecyclingkonzepte, so auch Sympatex. Zusätzlich strebt das Unternehmen an, eigene Produkte, die als wasserdichte und gleichzeitig wasserdampfdurchlässige Baukomponenten (sog. Booties) in Schuhe eingearbeitet werden, recyclingfähig zu gestalten. Die atmungsaktive und wasserdichte PES-Membran, das Kernprodukt der Firma Sympatex, wird bislang mit weiteren textilen Strukturen zu sogenannten Laminaten verklebt. Im Vergleich zu andern Membrankunststoffen bietet das Material einer Membran aus PES den Vorteil, dass sich der Großteil der weltweit eingesetzten Chemiefasern für die textilen Laminatkomponenten aus der gleichen Materialklasse speist. Durch den Einsatz einer PES-Membran kann eine Monomaterialität im Verbund erreicht werden, die ein technisch und ökonomisch umsetz- und skalierbares, werterhaltendes Recycling ermöglichen kann.

Während für mechanisch weniger beanspruchte Bekleidungslaminate ein Verbund aus PES-Membran und PES-Textil schon Stand der Technik ist, werden in Schuhlaminaten bislang vorwiegend sehr dünne, mechanisch sehr beständige Polyamid-Gewirke sowie im Arbeitsschutzbereich mechanisch sehr beständige Gewebe verwendet, die mittels Polyurethan-Kleber mit der Membran verbunden werden. Die sortenreine Trennung der heterogenen Laminate wird damit zu einer faktisch bislang nicht zu überwindenden Hürde für ein hochwertiges Recycling.

Arbeitsschritte

Zunächst wurden die Basismaterialien und Anforderungen für die Zielprodukte unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik von den Projektpartnern ausgewählt bzw. definiert. Im nächsten Schritt sollte die Entwicklung von mechanisch hoch belastbaren PES-basierten Maschenwaren federführend seitens des FTB vorangetrieben werden.

Neben der Maschenwaren-Entwicklung sollte auch nach geeigneten PES-basierten Haftvermittlern gesucht werden. Dazu sollte der Markt für PES-Hotmelt und polyesterreiche Polyurethan-Hotmelt-Produkte sondiert und Produkte ausgewählt werden. Innerhalb von Vorversuchen im Kleinmaßstab sollte ein vielversprechendes Haftvermittlersystem identifiziert und damit Testlaminierungen im Industriemaßstab durchgeführt werden.

Ausgehend von den im Rahmen des Projekts zu erstellenden PES-basierten Monomaterial-Membran-Textilien waren anschließend Recyclingversuche im Labormaßstab vorgesehen, um die Recyclingfähigkeit der erzeugten Laminate zu untersuchen. Final sollten alle bisherigen Ergebnisse in der Herstellung eines Demonstrators als Schuh-Bootie münden, dessen Praxistauglichkeit in Trageversuchen überprüft werden sollte.

Abschließend sollten die am Beispiel von Schuhlaminaten erzielten Erkenntnisse falls möglich auf die Nutzbarkeit in Laminaten für den Arbeitsschutz und auch lightweight-Materialien hin überprüft werden.

Ergebnisse

Nach erfolgreicher Definition des Anforderungsprofils und Auswahl sowie Spezifikation der Materialien, zeigten sich sowohl bei der Beschaffung entsprechender Garne sowie deren anschließender Verarbeitung zu PES-Maschenwaren erhebliche Herausforderungen und Schwierigkeiten. Schlussendlich konnten zwar Gestricke im Labormaßstab hergestellt werden, deren Untersuchung zeigte jedoch, dass deren technische Eigenschaften weit unter den ursprünglich gesetzten Zielparametern zurückblieben.

Bei den im Rahmen des Projektes untersuchten Haftvermittlern konnte ein in Bezug auf die realisierbaren technischen Eigenschaften (u. a. Wasserdampfdurchlässigkeit, Haftung) vielversprechendes Polyester-reiches System identifiziert werden (Polyestergehalt ca. 85% w/w). Zukünftige Recyclingversuche werden noch zeigen müssen, ob der verbleibende PU-Anteil im Laminat für ein wirtschaftliches und hochwertiges Recycling hinnehmbar ist.

Die Ergebnisse der zum Ende der Projektlaufzeit hin durchgeführten Trageversuche unter Verwendung von aus Referenzlaminaten hergestellten Schuhen wiesen darauf hin, dass evt. Möglichkeiten bestehen könnten, die Ansprüche an die Abriebbeständigkeit der im Wesentlichen als Schutzschicht für die darunterliegende Membran dienenden Maschenwarenschicht für Schuhlaminate zu senken.

Die zahlreich aufgetretenen Herausforderungen über den kompletten Projektzeitraum hinweg zeigten den nach wie vor vorhandenen hohen Entwicklungsbedarf sowie den erheblichen Innovationsgrad des Projektes auf, die weiterführende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten als notwendig und sinnvoll erscheinen lassen.

Öffentlichkeitsarbeit

Grundlegende Informationen zum Projektinhalt wurden sowohl von Sympatex als auch der Hochschule Niederrhein auf den jeweiligen Websites veröffentlicht.

Von Veröffentlichungen der Projektergebnisse auf z. B. Konferenzen, Messen oder in Fachmedien wurde abgesehen, da die zahlreich aufgetretenen Herausforderungen im Projektverlauf eine zusammenfassende Präsentation der Ergebnisse über den Abschlussbericht hinaus als nicht sinnvoll erachtet wurde.

Fazit

Die Basis eines vollständig recycelbaren Monomateriallaminates stellen die Textilien dar. Insbesondere die Ergebnisse der Versuche hinsichtlich der Herstellung eines leistungsfähigen Gestrickes aus PES, welches der Qualität und den Anforderungen eines PA-Gestrickes entspricht, haben zu keinem ausreichenden Ergebnis geführt. Auch wenn diese eine Säule des Projektes nicht zufriedenstellend abgeschlossen wurde, konnten dennoch zielgerichtete Schritte unternommen werden, um weitere wichtige Materialanalysen durchzuführen.

Trotz der Herausforderungen im Bereich der textilen Flächengebilde war es möglich, Laminate mit Klebstoffen herzustellen, die einen deutlich höheren Polyesteranteil als die bislang üblicherweise genutzten aufwiesen. Die erzielten Erkenntnisse sowie die vorliegenden Materialien bieten vielversprechende neue Ansatzpunkte für zukünftige Recyclingversuche.

Schuhtragetests lieferten zudem wichtige Informationen zu möglichen Stoßrichtungen künftiger Weiterentwicklungen. Der Feldtest hat beispielsweise ergeben, dass die Scheuerbeständigkeit der Maschenware möglicherweise nicht so hoch angesetzt werden muss, wie ursprünglich gedacht bzw. durch den in der Branche bislang weit verbreiteten Einsatz von PA-basierten Maschenwaren etabliert. Eine weitere Analyse der tatsächlichen Praxisanforderungen, ggf. kombiniert mit neuen Verarbeitungstechnologien könnte dazu beitragen, in Zukunft Polyester-basierte Monomateriallösungen auch für wasserdichte Schuhe bereitzustellen.