Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Vielseitige Funktionalisierung von Textiloberflächen durch lichtinduzierte Pfropfung dünner Schichten

Gängige Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung von Textilien verwenden einen thermischen Behandlungsschritt, um die durch Tauchen oder Rakeln aufgebrachte Ausrüstungsmischung auf der Faseroberfläche zu fixieren. Energetisch günstiger sind photochemische Methoden, die zudem eine einfache ortsabhängige Funktionalisierung erlauben (Musterbildung durch Verwendung von Masken oder durch gezieltes Auftragen). Ziel dieses Forschungsprojekts ist daher die Entwicklung eines universell nutzbaren photochemischen Ansatzes, bei dem die Effekte im Unterschied zu bekannten UV-Verfahren nicht durch eine Quervernetzung (Härtung) von Monomeren, sondern durch eine direkte Oberflächenmodifikation erzielt werden. Hierzu werden bifunktionelle Ausrüstungschemikalien - bestehend aus einem UV-reaktiven Oberflächenanker und einer funktionellen Einheit - entwickelt, deren UV-Aktivierung zur Ausbildung sehr dünner Schichten mit guter Permanenz führt.

Im Rahmen des Projekts sollen Methoden entwickelt werden, um die UV-aktivierbaren Derivate in einem effizienten und kostengünstigen Verfahren auf der Oberfläche von textilen Gebilden zu immobilisieren. Hierbei wird der Fokus zunächst auf der Entwicklung von wasser-, öl- und schmutzabweisenden Ausrüstungen liegen, es sind aber eine Reihe von weiteren Varianten möglich (Hydrophilierung, antimikrobielle und antifouling Beschichtungen, Knitterfreiausrüstung, etc.). Weiterhin werden unterschiedliche Applikationsmethoden (Foulardieren, Sprayen, Sieb- und Digitaldruck) sowie die insbesondere für den Bereich der Smart Textiles interessante ortsabhängige Funktionalisierung untersucht. Der Nutzen für KMU liegt somit in der Verringerung der Kosten für bestehende Verfahren (Energieeinsparung), der Verbesserung von existierenden Produkten (Funktion, textile Eigenschaften und Permanenz) sowie in der Eröffnung neuer Produktfelder, sodass insgesamt die Wettbewerbsfähigkeit der KMU auf mehreren Ebenen vergrößert wird.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des abgeschlossenen Projektes war die Entwicklung von Ausrüstungen, die sich durch etablierte Verfahren applizieren lassen und nach UV-Aktivierung sehr dünne und kovalent mit der Oberfläche verankerte Schichten ausbilden.

Dafür wurden bifunktionelle Reagenzien aus UV-Reaktivanker (4-Hydroxy-Benzophenon, bezeichnet als BP) und funktionellem Rest (Alkylkette bestehend aus 6 bis 16 Kohlenstoffatomen) synthetisiert und hinsichtlich ihres Anwendungspotenzials als hydrophobe Ausrüstungen auf diversen Textilträger (PET-, Baumwolle und Viskose) charakterisiert.

Die Ausrüstung erfolgte sowohl aus organischen Lösungsmitteln, als auch aus wasserbasierter Formulierung in Form einer Dispersion. Die Beschichtungsdicke wurde durch die angewendeten Lösungsmittel, Konzentration der Formulierung sowie die Länge der Alkylkette des BP-Derivates kontrolliert. Die Bildung der Beschichtung erfolgte durch die kovalente Pfropfung der Verbindungen zur Faseroberfläche, sowie durch die intermolekulare Vernetzung. Im Fall von wasserbasierter Dispersion bildeten sich dicke Auflagen bis zu 20% add-on. Abhängig vom Textil-Substrat weist die Beständigkeit der Beschichtungen eindeutige Unterschiede auf.

Eine dauerhaft hydrophobe Wirkung (bis zu 140 ° Kontaktwinkel) wurde auf PET-Textilien bereits mit den Auflagen unter 0.2% erreicht. Darüber hinaus sind die Ausrüstungen gegenüber mind. 5-maligen Waschen und sogar Extraktion mit organischem Lösungsmittel stabil und haben positive Effekte auf Hydrolysebeständigkeit der PET-Phase in alkalischem Milieu aufgewiesen.

Die Beschichtungen auf die hydrophilen Fasern wie Baumwolle und Viskose haben zwar eine deutliche hydrophobe Wirkung aufgewiesen (durch Tropfeneinsinkzeit), waren jedoch nicht waschbeständig.

Neben der hydrophoben Wirkung konnten auch antimikrobielle Eigenschaften anhand des Fischeri-Tests für alle Verbindungen nachgewiesen werden.