Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Neue hybride Sol-Gel-Beschichtungen für Textilien durch Zwillingspolymerisation

Sol-Gel-Beschichtungen werden immer häufiger zur Textilausrüstung zur Erzielung einer Vielzahl von Ausrüstungseffekten (z. B. Schmutz- und Ölabweisung) eingesetzt. In vielen Fällen unterliegen sie aufgrund einer niedrigen mechanischen Festigkeit und/oder Nasspermanenz einer geringen Beständigkeit.

Neue nanostrukturierte hybride Sol-Gel-Beschichtungen für Textilien und andere Oberflächen mit verbesserter Haftung und Haltbarkeit werden entwickelt. Die Basis ist die Zwillingspolymerisation, wobei das Zwillingsmonomer in nur einem Arbeitsschritt zu zwei unterschiedlichen Homopolymeren reagiert (aus "Eins" mach "Zwei"); z. B. können aus dem Zwillingsmonomer 2,2'-Spirobi[benzo-4H-1,3,2-dioxasilin] transparente Phenolharz/SiO2-Nanokomposite hergestellt werden. Im Zwillingsmonomer sind die polymerisationsfähigen Bausteine kovalent miteinander verknüpft, so dass in einem Arbeitsschritt zwei verschiedene Polymere entstehen. Für die Textilausrüstung wird versucht, eine wässrige Formulierung aus Zwillingsmonomeren zu erzeugen. Außerdem wird angestrebt, den SiO2-Anteil in den Formulierungen durch das Zwillingsmakromonomer-Konzept, durch Reaktion zwischen hochverzweigtem Polyethoxysiloxan und geeigneten Phenolen, zu erhöhen.

Das Projekt zielt auf die Entwicklung neuartiger nanostrukturierter hybrider, Sol-Gel-basierter Ausrüstungen ab, die sich durch deutlich verbesserte Haftung und hervorragende Beständigkeit auszeichnen. Derartige Sol-Gel-Beschichtungen eröffnen neue Möglichkeiten zur Funktionalisierung und Veredlung von Textilprodukten, da sie mit weiteren Funktionalitäten (z. B. Hydrophobierung, Antistatik, UV-Schutz, Flammschutz) kombiniert werden können. Sie können daher Anwendung in KMU in den unterschiedlichsten Bereichen (Schutz- und Freizeitbekleidungs-, Heimtextil-, Bau- oder Transportbereich) finden. Ferner können die Beschichtungen auch in weiteren Industriebereichen, viele davon KMU, zur Beschichtung von Kunststoffen, Papier- oder Metalloberflächen u. a. eingesetzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Neuartige anorganisch-organische Hybridbeschichtungen auf Basis der Zwillingspolymerisation und der Polyalkoxysiloxan-Chemie wurden zur Funktionalisierung von Textilien entwickelt. Angestrebte Funktionalitäten waren eine Hydrophobierung, Schmutzabweisung und Erhöhung der Abrasionsbeständigkeit.

Die Synthese des Polyethoxysiloxans (PEOS) wurde soweit optimiert, dass farblose PEOS-Derivate in hohen Ausbeuten erhalten wurden. Im Hinblick auf die Erzielung einer Hydrophobierung bzw. einer guten Haftung an den Faseroberflächen wurden auch mit langen Alkylgruppen modifizierte PEOS-Derivate entwickelt. Das Zwillingsmonomer (ZM) 2,2’-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin] wurde nach dem Verfahren der TU Chemnitz hergestellt. Die Mischungen aus ZM und PEOS sind bei Temperaturen von 85 °C mischbar, bilden klare Schmelzen und polymerisieren zu klaren Hybridmaterialien, sodass sie sich für die Ausrüstung von Textilien eignen. Zusätzlich wurden Siloxane als weitere Reaktanten zur Herstellung von Hybridmaterialien eingesetzt.

Für die Beschichtung wurden Formulierungen aus dem Zwillingsmonomer, PEOS/R-PEOS, Silikonen oder Mischungen daraus als Emulsion oder aus ethanolischer Lösung entwickelt und nach verschiedenen Verfahren auf Glasplättchen und Polyestergewebe aufgebracht. Mittels FE-SEM wurde gezeigt, dass eine Beschichtung erfolgt. Durch Wassertropfentests wurde eine Hydrophobierung der Polyestergewebe aufgezeigt. Dieses Ergebnis wurde durch Kontaktwinkelmessungen an beschichteten Glasplättchen bestätigt. Das gebildete Zwillingspolymer zeichnet sich durch hohe thermische Stabilität aus. Erste Untersuchungen zeigten, dass die Beschichtung von Polyestergewebe UV-stabil ist. Die Komposite aus PEOS und dem Zwillingsmonomer waren nach 10.000 Touren Scheuern nach dem Martindale-Verfahren noch auf Polyestergeweben nachweisbar; nach längerem Scheuern waren jedoch Verluste der Beschichtung aufgetreten. Die hydrophoben Eigenschaften waren jedoch meist noch uneingeschränkt vorhanden.