Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Selbstregenerierende, fluorfreie, hydrophobe und oleophobe Ausrüstung textiler Materialien auf der Basis selbstöffnender Mizellen

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist eine selbstregenerierende, fluorfreie, hydrophobe und oleophobe Ausrüstung für textile Materialien auf Basis selbstöffnender Mizellen. Die Ausrüstung besteht aus Copolymeren mit Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Seitenketten, die in der wässrigen Ausrüstungsflotte Mizellen (PDMS-Mizellen) ausbilden, sowie einer vernetzenden Matrix zur Immobilisierung der PDMS-Mizellen auf textilen Materialien. Nach der Applikation (Tauchverfahren zur Ausrüstung von Bekleidungstextilien, Sprühapplikation zur Ausrüstung textiler Bodenbeläge) bildet sich beim Trocknungsprozess eine dichte Matrix aus, die eine statistische Verteilung der PDMS-Mizellen enthält. PDMS-Mizellen, die an der Grenzfläche zur Luft vorliegen, öffnen sich aufgrund der Inversion der Polarität an der Grenzfläche sowie repulsiver Wechselwirkungen im Mizellkern im Trocknungsprozess selbstständig. Hierdurch kommt es zur Ausbildung einer Monolage ausgerichteter PDMS-Seitenketten an der Oberfläche der Ausrüstung. Aufgrund der niedrigen Oberflächenenergie und der hohen Beweglichkeit der ausgerichteten PDMS-Ketten werden durch diese Ausrüstung sowohl Wasser als auch Öle abgewiesen. PDMS-Mizellen, die in der Matrix vorliegen, öffnen sich im Trocknungsprozess aufgrund sterischer Hinderung durch die umgebende Matrix nicht. Bei mechanischem Abtrag der obersten Schicht der Ausrüstung kommt es zur Freilegung und Öffnung der nächsten Lage an PDMS-Mizellen, wodurch sich der Prozess der Ausbildung einer ausgerichteten PDMS-Ketten-Monolage wiederholt.

Durch die Projektergebnisse wird textilen Dienstleistern und Reinigungsdienstleistern (vorwiegend KMU) erstmals ein Verfahren zur fluorfreien, hydrophoben und oleophoben Ausrüstung textiler Materialien zur Verfügung gestellt. Bei Reglementierung von FC-Polymeren und Umstellung auf fluorfreie Ausrüstungsmittel ergeben sich hierdurch Kosteneinsparungen von über 13 Mio. €/a für textile Dienstleister und von über 11 €/a für Reinigungsdienstleister.

Ergebniszusammenfassung:

Vor dem Hintergrund der gesetzlichen Reglementierung von FC-Polymeren, aber auch dem zunehmenden Bestreben nach nachhaltigen und umweltschonenden Verfahren besteht großer Bedarf nach fluorfreien Alternativen, die eine Oleophobierung bei gleichzeitiger Hydrophobierung textiler Materialien erlauben.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde eine selbstregenerierende, fluorfreie Textilausrüstung entwickelt, mit der sich neben einer Wasserabweisung auch eine Abweisung von Flüssigkeiten niedrigerer Oberflächenenergie erzielen lässt, die derzeit verfügbare fluorfreie Ausrüstungen durchdringen können. Die Ausrüstung besteht aus mizellaren Aggregaten spezieller Copolymere mit Polydimethylsiloxan-(PDMS)-Seitenketten (PDMS-Mizellen), die statistisch in einer polymeren Matrix verteilt sind. PDMS-Mizellen, die an der Grenzfläche zur Luft vorliegen, öffnen sich aufgrund der Inversion der Polarität an der Grenzfläche sowie repulsiver Wechselwirkungen im Mizellkern, wodurch eine Monolage ausgerichteter PDMS-Seitenketten an der Oberfläche der Ausrüstung entsteht. In der Matrix vorliegende PDMS-Mizellen öffnen sich aufgrund der sterischen Hinderung durch die umgebende vernetzte Matrix nicht. Die guten flüssigkeits- und somit schmutzabweisenden Eigenschaften der Textilausrüstung sind in der niedrigen Oberflächenenergie und der hohen Beweglichkeit der ausgerichteten PDMS-Ketten begründet, die dazu führen, dass auftreffende Flüssigkeiten bzw. Anschmutzungen von der Ausrüstung abgleiten.

Bei mechanischem Abtrag der obersten Schicht der flüssigkeitsabweisenden, fluorfreien Textilausrüstung kommt es zur Freilegung und Öffnung der nächsten Lage an Mizellen, wodurch sich der Prozess der Ausbildung einer ausgerichteten PDMS-Ketten-Monolage wiederholt, d.h. die Ausrüstung regeneriert sich selbst.