Textile Leadership

Fraunhofer IWS unterstützt Industriepartner bei der Entwicklung neuer Feuerwehrschutzanzüge.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gelten als gesundheitsschädlich, insbesondere auch als potenzielle Krebserreger. Entstehen können die molekularen Verbindungen aus Kohlen- und Wasserstoffatomen beispielsweise bei Hausbränden, wenn etwa Matratzen, Vorhänge, Holzbalken, Kunststoff oder andere Gegenstände aus organischen Materialien brennen.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAK gelangen über die Haut in den Körper und lagern sich im Fettgewebe ab. Weil die menschlichen Abwehrsysteme die ringförmigen Kohlenstoffverbindungen nicht kennen, baut der Körper diese Schadstoffe nicht ab – sie akkumulieren und konzentrieren sich. Dadurch steigt über die Jahre hinweg die Karzinom-Gefahr. Bei korrekt angelegter Schutzkleidung ist dieses Risiko laut Untersuchungen der »Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung« (DGUV) zwar begrenzt. Wenn Feuerwehrkräfte jedoch über Jahrzehnte im Einsatz sind, können kleine Unachtsamkeiten zu problematischen Belastungen führen.

Um die Feuerwehr vor diesen Risiken besser zu schützen, hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft die Basis für die Entwicklung neuartiger Anti-PAK-Schutzanzüge gelegt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben im Rahmen des Programms »Forschung für die zivile Sicherheit« bis Dezember 2023 mit 1,24 Millionen Euro.
 
Das innovative Schutzkonzept der neuen Anzüge umfasst High-Materialien und intelligente Überwachung: Moderne Vliese als zentraler Bestandteil der Schutzanzüge verhindern wirkungsvoll den Kontakt der Haut mit den Schadstoffen. In die Gewebe werden außerdem Ultraviolett-Sensoren integriert, die feststellen, wann der textile Schutzschild mit PAK gesättigt ist und ausgetauscht werden muss. Das bedeutet eine doppelte Sicherheit für das Rettungspersonal. Die ersten Feuerproben in Brandcontainern hat die neue Schutzkleidung bereits bestanden.

PAK-Anreicherung über ein ganzes Berufsleben hinweg erhöht Krebsrisiko
»Bei einem einzelnen Einsatz mögen es womöglich nur wenige Mikrogramm PAK sein, die durch Öffnungen im Schutzanzug auf die Haut gelangen«, erklärt Felix Spranger, Gruppenleiter Gas- und Partikelfiltration am Fraunhofer IWS. »Das Gefährliche an den PAK besteht darin, dass sie sich bei Feuerwehrleuten über ein ganzes Berufsleben hinweg immer weiter im Körper anreichern können. Studien aus Deutschland und den USA belegen verstärkt auftretende Krebserkrankungen in dieser Berufsgruppe. Daher war es so wichtig, Lösungen zu finden, die neue technologische Ansätze wie intelligente Textilien einbeziehen.« Dafür hat sich das Fraunhofer IWS im Jahr 2020 mit vier weiteren Partnern zum Projekt »3D-Funktionsvliesstoffe mit integrierter Gassensorik für die Schutzbekleidung von Einsatzkräften« (3D-PAKtex) zusammengetan. Um Feuerwehrleute künftig vor den schädlichen PAK in Rauchgasen und Rußwirbeln in brennenden Häusern zu schützen, verfolgten die Verbundpartner ein zweigleisiges Konzept: Einerseits stand die Entwicklung von vliesbasierten neuen Filtern im Fokus, andererseits ein Sensorkonzept, um deren Funktionsfähigkeit zu überwachen.
 
Aktivkohle-Vliese filtern Ringmoleküle aus dem Rauchgas
Das Fraunhofer IWS identifizierte zunächst passende poröse Aktivkohlen, die PAK besonders gut binden. Diese Adsorbentien fixierte der Projektpartner Norafin mit speziellen Bindern in für Brandeinsätze optimierte Vliesstoffe. Die neuen Zusatzvliese integrierte der Partner S-GARD in einen Demonstrationsanzug: An Ärmelöffnungen, Bünden und anderen Stellen ergänzte der Hersteller kleine Verschlusstaschen, die per Druckknopf die neuen Zusatzfilter an jenen Punkten aufnehmen können, an denen die Rauchgase im ungünstigsten Falle trotz aller Isolierungen dennoch in den Schutzanzug gelangen könnten. Strömt dort Rauchgas vorbei, bindet das Vlies die Giftstoffe.

Zudem versah Projektpartner JLM Innovation die neuen Filtervliese mit eigens entwickelten Überwachungssensoren, die auf dem Prinzip der Fluoreszenz-Spektroskopie basieren. Diese Mini-Spektrometer senden Ultraviolettlicht einer genau definierten Wellenlänge aus. Treffen diese UV-Strahlen auf PAK, absorbieren die Ringmoleküle zunächst deren Energie und senden dann auf einer leicht veränderten Wellenlänge andere UV-Strahlen zurück. Die Sensoren messen das zurückgesandte Licht aus: Je intensiver es ist, umso höher ist die PAK-Konzentration im Vlies. Eine elektronische Kontrolleinheit in der Brusttasche der Feuerwehrkraft wertet diese Daten aus und sendet sie per Bluetooth-Funk an ein Smartphone. Die Entwicklung und Implementierung einer maßgeschneiderten Software übernahm ATS Elektronik. Damit können die Retter in Uniform in Echtzeit sehen, wie sich ihre PAK-Filter füllen und wann sie ausgetauscht werden müssen.

In Labortests haben die neuen Vlies-Aktivkohle-Filter die PAK-Last im Rauchgas bereits erheblich gesenkt. Daran schlossen sich praxisnahe Simulationen in Brandcontainern an: Erfahrene Tester streiften die Anzug-Prototypen über, zündeten in einem abgeschirmten Container zunächst Matratzen, dann Gummireifen und weitere Testobjekte an, um die neue Schutzkleidung in unterschiedlichen Brandszenarien auszuprobieren.

»Wir werden diese Befunde gründlich auswerten und weiter den Markt beobachten, um fundiert über eine mögliche Serienproduktion entscheiden zu können«, kündigte Jonas Kuschnir von S-GARD an. Freilich sei der neue Schutzansatz gegen PAK auch mit gewissen Mehrkosten verbunden, doch die Projektergebnisse seien vielversprechend.
 
Hohes Marktpotenzial für intelligente Textilien erwartet
Wie auch immer diese Entscheidung ausgehen wird, »3D-PAKtex« hat in jedem Fall zu einem erheblichen Expertise-Zugewinn der Verbundpartner geführt. Das Thema wird auch das Fraunhofer IWS weiter beschäftigen. Felix Spranger: »Wir sehen noch einige Ansätze, um beispielsweise die Sensoren und die Schnittstellen der neuen Schutztechnik weiter zu verbessern. Aus Rückmeldungen wissen wir, dass die Industriepartner noch großes Potenzial in derartigen smarten Textilien sehen, auch jenseits von Feuerwehrschutzkleidung.«

Das deckt sich auch mit den Befunden internationaler Beobachter. So gehen die Analysten des britischen Marktforschungs-Unternehmens »IDTechEx« davon aus, dass der Markt für elektronisch aufgewertete beziehungsweise »intelligente« Textilien bis 2033 auf umgerechnet rund 713 Millionen Euro wachsen wird. Zu erwarten seien jährliche Zuwachsraten von durchschnittlich 3,8 Prozent.

Projektpartner »3D-PAKtex«

• Das Fraunhofer IWS bringt seine Expertise bei der Auswahl von Filtermaterialien und in der Analytik ein
• Norafin Industries aus Mildenau im Erzgebirge stellt technische Textilien her
• Die Hubert Schmitz GmbH (»S-GARD«) aus Heinsberg produziert Feuerwehr-Schutzkleidung
• Der Sensorik in den intelligenten Textilien widmete sich die JLM Innovation GmbH aus Tübingen
• Die benötigte Software entwickelt die ATS Elektronik aus Wunstorf

Am 20. Juli kündigte das Biomaterialtechnologie-Unternehmen MycoWorks drei Reishi™-Produkte an und präsentierte Leistungsdurchbrüche bei diesem revolutionären Material aus Fine Mycelium™.

Das 2013 gegründete MycoWorks feiert dieses Jahr sein zehnjähriges Bestehen mit der Einführung von Reishi Doux, Reishi Natural und Reishi Pebble. Jedes dieser Produkte übertrifft die von der Luxusindustrie geforderten Leistungsniveaus und verhält sich ähnlich wie einige Tierleder. Die Produkte werden demnächst in der weltweit ersten kommerziellen Fine Mycelium-Fabrik in Union, South Carolina, hergestellt.

Unvergleichliche Qualität
„Dies ist ein Durchbruch für die Luxusindustrie", sagte Thibault Schockert, CEO der Luxuslederwarenfabrik Cuir du Vaudreuil. „Diese Verbesserung gibt uns die Möglichkeit, eine völlig neuartige Produktkategorie in unser Sortiment einzuführen", und bezieht sich dabei auf das neueste von MycoWorks produzierte Reishi™-Material, das neue Durchbrüche sowohl bei der Fine Mycelium-Fermentation als auch bei der Mycelium-Gerbung beinhaltet.

Die Fortschritte sind der Höhepunkt aus drei Jahrzehnten Pionierarbeit bei der Entwicklung von Mycel-Materialien, die in den 1990er Jahren mit den weltweit ersten Nachweisen der Strukturmerkmale von Mycel durch MycoWorks-Mitbegründer Phil Ross begann. Prototypen des lederähnlichen Materials Fine Mycelium™ von MycoWorks wurden erstmals 2016 vorgestellt und zeichneten sich durch Haltbarkeit und Weichheit, aber relativ geringe Zugfestigkeit aus. Nachdem über Jahre hinweg eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht wurde, bringen die jüngsten Durchbrüche Reishi™ auf eine weitere Ebene der sensorischen und technischen Performance. Daten zu Reishi™, einschließlich Weichheit, Haltbarkeit, Flexibilität, Oberflächenhaftung, Reißfestigkeit, Abriebfestigkeit, Homogenität und mehr, sind unten aufgeführt; weitere Daten sind auf Anfrage erhältlich.
 
„Qualität auf dem Stand des Weltkulturerbes kann nur mit langfristigem Engagement für Entdeckungen erreicht werden, gepaart mit der Verpflichtung zu handwerklichem Können und der Weitergabe von Fachwissen“, so Patrick Thomas, Vorstandsmitglied von MycoWorks und ehemaliger CEO von Hermès. „Die Fine Mycelium™-Plattform von MycoWorks basiert auf diesen Prinzipien und verbindet handwerkliche Meisterschaft mit einem rigorosen Ansatz für Materialinnovationen auf flexible Weise.“
 
Fine Mycelium™ als Biomaterial, nicht nur als Komponente
„Die Stärke unserer einzigartigen Fine Mycelium™-Plattform zeigt sich in den neuen Leistungsniveaus, die wir in der ersten Hälfte dieses Jahres in Zusammenarbeit mit unseren europäischen Gerbereipartnern erreicht haben", sagte Bill Morris, MycoWorks VP of Product Management, "und unser aktuelles Produkt hat unsere Markenpartner überrascht und begeistert, die seine Entwicklung mitverfolgt haben. Unser neuestes Material hat nicht nur die für Fine Mycelium™ charakteristische natürliche Haptik, sondern bietet auch ein neues Maß an technischer Leistungsfähigkeit."

Zu den Markenpartnern von MycoWorks gehören u.a. Hermès, General Motors, Ligne Roset, Heron Preston, Nick Fouquet.

Mit den neuen Reishi™-Artikeln freuen sich MycoWorks und seine Markenpartner darauf, in die Vermarktung einzusteigen - mit einigen, wie Nick Fouquet und anderen neuen Styles und Produkten Made With Reishi™.

Die Fine Mycelium™-Plattform von MycoWorks ist leistungsstark in ihrer Anpassungsfähigkeit als echtes, gewachsenes Biomaterial - und nicht als zugesetzter Mycel-Bestandteil wie bei anderen „Pilzledern“. Das Verfahren von MycoWorks ist einmalig in seiner Fähigkeit, unbegrenzte Verbesserungen zu ermöglichen. Die jüngsten Qualitätsoptimierungen wurden durch eine Kombination aus verbesserten Wachstumsbedingungen und einem grundlegend neuen, von MycoWorks entwickelten und zum Patent angemeldeten Gerbverfahren erreicht. Aufgrund der Einzigartigkeit des Fine Mycelium-Ver¬fahrens stellt jeder Fortschritt ein Unterscheidungsmerkmal zwischen der Technologieplattform von MycoWorks und der anderer Biomaterialunternehmen dar.

„Während die meisten alternativen Materialien auf Pflanzen- oder Mycelbasis Kunststoffe verwenden, um die grundlegenden Leistungsstandards zu erfüllen, hat MycoWorks zehn Jahre damit verbracht, keine Kompromisse einzugehen, um die biotechnologischen Innovationen hinter unserem geschützten Prozess zu erreichen“, betont Matt Scullin, CEO von MycoWorks. „Durch unsere vertikale Arbeitsweise - wir besitzen unsere gesamte Technologie, anstatt sie zu lizenzieren und auszulagern - verfügen wir über das nötige Fachwissen, um ein neues Material auf den Markt zu bringen.“

Da Fine Mycelium™ die Luxusstandards für Materialqualität ohne den Einsatz von Kunststoffen erfüllt, hebt es sich von anderen Alternativen ab, die auf Polyurethan- (PU) oder Polyvinylchlorid- (PVC) Folien, Füllstoffe oder Trägermaterialien angewiesen sind, um Stärke und Haltbarkeit zu gewährleisten.