Affinché l'abbigliamento tecnico possa resistere a tutte le condizioni atmosferiche, è necessaria un'impregnazione chimica. Tuttavia, giacca impermeabile, costume da bagno & Co, con un rivestimento contenente PFAS, contribuiscono all'inquinamento ambientale con queste sostanze chimiche eterne a base di fluoro. Sostituire questo gruppo di sostanze non è banale, dato che possiedono proprietà notevoli: i PFAS sono idrorepellenti, antisporco e antigrasso. Pertanto, i ricercatori di Empa lavorano insieme a partner industriali per sviluppare tecnologie e materiali che consentano di produrre tessuti senza PFAS con le caratteristiche desiderate in modo sostenibile ed economico. Questo progetto innovativo è nato dal network Subitex, una cooperazione di lunga data tra le aziende dell'associazione tessile svizzera Swiss Textiles e l'Empa a San Gallo. Il progetto «EC0Tex», finanziato da Innosuisse, ha come obiettivo creare rivestimenti idrorepellenti per i filati tessili, utilizzando sostanze prive di fluoro in un impianto di rivestimento al plasma appositamente sviluppato. Recentemente, il progetto è stato premiato alla fiera internazionale «Techtextil» a Francoforte sul Meno con l'«Innovation Award» per sostenibilità e innovazione.
Ersatz ohne Reue
Nel progetto «EC0Tex» è centrale il principio «Safe and Sustainable by Design», abbreviato SSbD. «Nella ricerca di alternative ai PFAS, è fondamentale non generare sostituti cosiddetti regrettable, ossia sostanze che a posteriori risultano altrettanto dannose quanto la sostanza chimica originariamente utilizzata», afferma il ricercatore Empa Dirk Hegemann dal laboratorio «Advanced Fibers» di San Gallo. Di conseguenza, il team guidato da Dirk Hegemann, Martin Amberg e Patrick Rupper confronta già nelle fasi iniziali del processo di sviluppo le esigenze dell'industria, dell'ambiente e della società attraverso analisi dei rischi, filtrando i materiali e le tecnologie che falliscono nei criteri di proprietà desiderate, sostenibilità o economicità.
Umhüllt bis in die Tiefe
In collaborazione con i partner industriali svizzeri Bäumlin & Ernst AG, Lothos KLG e Seilfabrik Ullmann AG, si sta sviluppando un nuovo processo di impregnazione industriale mediante tecnologia al plasma. Infatti, le sostanze senza PFAS dovrebbero essere utilizzate in quantità troppo elevate con tecniche convenzionali per produrre le proprietà dei tessuti rivestiti con PFAS. La conseguenza: punti di demerito in termini di economicità e sostenibilità, rendendo la ricerca di alternative praticabili secondo gli standard SSbD una sfida.
Tuttavia, il nuovo impianto al plasma, sviluppato insieme ai ricercatori dell'Empa, consente di applicare rivestimenti estremamente sottili sulle singole fibre di un filato. «Così possiamo ridurre significativamente la quantità di sostanze chimiche utilizzate e allo stesso tempo ottenere un'ampia impregnazione dei filati», afferma Hegemann. I filati prodotti in questo modo potrebbero essere direttamente impiegati per la produzione di abbigliamento outdoor e sportivo, ma anche per corde, spiega il ricercatore.
Nella tecnica di rivestimento indotta al plasma, il plasma viene generato in una camera tramite scarica elettrica di gas. Poiché qui viene fornita energia elevata a bassa temperatura, le sostanze chimiche nella camera evaporano e formano specie reattive che si legano alle singole fibre di un filato. Tuttavia, di solito solo le fibre più esterne di un tessuto possono essere impregnate in questo modo. «Abbiamo seguito un nuovo approccio: il nuovo impianto di rivestimento al plasma genera specie reattive diverse, che possono penetrare anche profondamente nella struttura del filato», spiega il ricercatore Empa Dirk Hegemann. Questo porta a un rivestimento duraturo e penetrante.
Herausforderung: Fett und Schmutz
Come alternativa ai PFAS, i ricercatori stanno ora esaminando come le sostanze organosiliconiche possano essere utilizzate per l'impregnazione. Anche la sicurezza in caso di esposizione ambientale come l'abrasione o il lavaggio deve essere analizzata con precisione. Le prime analisi mostrano che le sostanze organosiliconiche formano strati altamente reticolati con eccellenti proprietà di idrorepellenza e asciugatura rapida, che superano anche quelle delle impregnazioni con PFAS in termini di resistenza.
Una sfida attuale è ancora la resistenza al grasso e allo sporco, che i tessuti con PFAS possono fornire. Qui, sono necessari ulteriori lavori per sostituire i PFAS nei tessuti come negli abiti da lavoro, dice Hegemann. Il grande gruppo delle sostanze organosiliconiche apre qui molte possibilità. Grazie alla tecnologia al plasma, esiste ora anche la possibilità di trovare nuove soluzioni attraverso l'adattamento delle sostanze di partenza e delle condizioni di rivestimento e di adattarle alle proprietà desiderate dei tessuti, mantenendo allo stesso tempo i principi «Safe and Sustainable by Design» in mente.