Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hybride Textilstrukturen auf Basis von Nanofasern mit Barrierewirkung gegen Bakterien und Viren

Unkonventionelle textile Strukturen, die auf der Integration von Nanofasern und dem Einsatz neuer Technologien, wie der Oberflächenbehandlung mit Plasma oder Laser, basieren, sind vielversprechend. Nanofaserschichten bieten Vorteile, wie hohe spezifische Oberflächen, hohe Porosität und kleine Porengrößen. Zudem können Nanofasern antimikrobiell und antiviral ausgerüstet oder entsprechend aktiviert werden.

Die Anwendung von Nanofasern als Einzelfaserschichten wurde aufgrund der mit ihrer Herstellung verbundenen Probleme bisher nicht realisiert. Nanofaserschichten weisen geringe mechanische Stabilität auf und werden daher mit makroskaligen Trägersubstraten und Abdeckmaterialien kombiniert. Die Herausforderung ist dabei, eine ausreichende Haftung zwischen den einzelnen Lagen zu erreichen und die positiven Eigenschaften der Nanofaserschichten zu erhalten.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung hybrider Vliesstoffstrukturen mit integrierter Nanofaserschicht. Als Träger- und Deckmaterial werden Meltblownvliesstoffe (M) entwickelt. Die Nanofaserschicht (NL) wird mittels Elektrospinnverfahren erzeugt. Aus den Einzellagen werden Verbundstrukturen entwickelt, beispielsweise als Sandwichstruktur M-NL-M. Der Schichtverbund erfolgt nach dem Stand der Technik mit Hilfe von Klebstoffen. Um die Haftung der einzelnen Schichten auch ohne Aufbringen einer fügenden Komponente zu gewährleisten, wird die Möglichkeit der Modifizierung von Oberflächenschichten durch Plasma bzw. das Fügen durch Laser- oder Ultraschallbehandlung untersucht.

Als mögliche Endanwendung wird der Pandemieschutz (in Form von Einweg-Schutz- und Bekleidungstextilien) gesehen. Für derartige Anwendungen wird die Ausrüstung der neuartigen Hybridstrukturen mit antimikrobiellen oder virologischen Wirkstoffen untersucht und bewertet.

Die Ergebnisse ermöglichen KMU`s der Bekleidungsindustrie neue Materialkombinationen anzubieten und damit die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens NanoHyb war die Entwicklung innovativer hybrider Vliesstoffstrukturen mit integrierter Nanofaserschicht. Als Träger- und Deckmaterial wurden Meltblownvliesstoffe (M) entwickelt. Die Nanofaserschicht (NL) wurde mittels Elektrospinnverfahren erzeugt. Aus den Einzellagen wurden Verbundstrukturen entwickelt, beispielsweise als Sandwichstruktur M-NL-M. Um die Haftung der einzelnen Schichten auch ohne Aufbringen einer fügenden Komponente zu gewährleisten, wurde die Möglichkeit der Modifizierung durch Plasma bzw. das Fügen durch Laserbehandlung untersucht. Die angestrebten Ziele und Anforderungen an die zu entwickelnden Materialien wurden im Projekt erreicht und erfüllt.

Es konnten Meltblownvliesstoffe mit Filamentdurchmessern < 700 nm hergestellt werden, welche mit Nanofaserschichten kombiniert und mit einem innovativen Laserdurchstrahlschweißprozess erfolgreich gefügt wurden. Dabei wurden die Eigenschaften (wie z. B. Luftdurchlässigkeit und Porengrößen) der verbundfesten und unbeschädigten Hybridstrukturen durch den Fügeprozess nicht beeinträchtigt. Die Meltblownvliesstoffe mit den kleinsten Filamentdurchmessern überzeugten dabei mit einer sehr guten Filterleistung. Die erzeugten Nanohybridstrukturen erfüllten die Anforderungen hinsichtlich textilphysikalischer und anwendungsspezifischer Eigenschaften, wie z. B. die Barrierewirkung gegenüber Keimdurchtritt. Dabei überzeugten vor allem die mit Huminpräparaten antiviralfunktionalisierten Funktionsmuster. Zum Abschluss des Projektes konnte zudem ein Demonstrator in Form eines Schutzanzuges gefertigt werden.

Als mögliche Endanwendung wurde der Pandemieschutz (in Form von Masken, Einwegschutz- und Bekleidungstextilien) gesehen. Für derartige Anwendungen wurde die Ausrüstung der neuartigen Hybridstrukturen mit antimikrobiellen oder antiviralen Wirkstoffen untersucht und bewertet. Zudem können solche Strukturen auch für OP-Textilien eingesetzt werden.