Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Metallisierung von faserbildenden Polymeren aus überkritischem Kohlendioxid

Ziel des Vorhabens ist die Anreicherung von Metallen in textilen Substraten aus überkritischem Kohlendioxid. Dabei sollen in scCO2 lösliche metallorganische Verbindungen eingesetzt werden, die als metallischen Kern die Elemente Silber, Kupfer, Eisen, Nickel, aber auch Platin und Palladium enthalten. Die aus scCO2 durchgeführte Metallisierung soll den Textilien elektrische, antibakterielle und ggf. auch katalytische Eigenschaften verleihen, die von hohem technischem und wirtschaftlichem Interesse sein können. So kann die Ausrüstung mit antimikrobiell wirkendem Silber bei Wundauflagen, Hygieneprodukten und Outdoor-Textilien Verwendung finden. Die durch das neuartige Verfahren erzeugte Grundleitfähigkeit kann wiederum als Basis für eine weiterführende galvanische Metallisierung genutzt werden. Derartige Textilien können als antistatische Materialien, elektrisch abschirmende Flächengebilde oder als leichte und dennoch flexible Heizelemente genutzt werden. Die anvisierte Verfahrensweise eröffnet einen neuen Ansatz zur Metallisierung von nicht leitfähigen faserbildenden Polymeren und kann somit den Stand der Technik maßgeblich erhöhen. Neben dem wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn verspricht das Projekt auch technische, wirtschaftliche und ökologische Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren. So sollte die Inkorporation der metallischen Spezies mit einer deutlichen Haftungsverbesserung der galvanisch applizierten Schicht zum Textil einhergehen. Gleichzeitig lässt sich das scCO2 nahezu vollständig rezyklieren, die wasserfreie Vorgehensweise reduziert die benötigte Energiemenge für das Aufheizen und Trocknen des Textils und der Verzicht auf toxische Beizchemikalien führt zu einer Schonung von Umwelt und Ressourcen. Darüber hinaus sollen neue Fasereigenschaften (katalytische Aktivität, Wasserstoffspeicher) untersucht werden, aus denen sich eine gänzlich neue Klasse von Technischen Textilien für vielfältige Anwendungen in Chemie, Technik und Energiespeicherung ergeben kann.

Ergebniszusammenfassung:

In vielen technischen Bereichen wird das hohe Lösevermögen von überkritischem Kohlendioxid (scCO2) und dessen toxikologische Unbedenklichkeit industriell genutzt. Dazu zählen vor allem Extraktionsprozesse wie etwa die industrielle Entkoffeinierung von Kaffee und die Extraktion von Hopfen. Unter Ausnutzung der genannten Vorzüge wurde am DTNW bereits zu Beginn der 1990er Jahre ein neuartiges Verfahren zur wasserfreien Färbung von Fasern aus scCO2 entwickelt. Basierend auf diesen Vorkenntnissen war es das Ziel des F&E-Vorhabens, das Anwendungsspektrum dieser Technologie für textile Ausrüstungen zu erweitern. Konkret sollten die verfahrenstechnischen Grundlagen zur Metallisierung von Polyesterfasern aus scCO2 unter Nutzung metallorganischer Verbindungen erarbeitet werden, um den modifizierten Textilien dabei elektrische, antibakterielle bzw. katalytische Eigenschaften zu verleihen. Dabei ließen sich alle untersuchten metallorganischen Verbindungen über die erarbeitete Vorgehensweise mittels scCO2 in Polyesterfasern anreichern und die gewünschten Effekte erzielen. Aus wissenschaftlich-technischer Sicht konnten somit die bereits bestehenden Kenntnisse des DTNW auf dem Gebiet der Ausrüstung bzw. Modifizierung textiler Materialien aus scCO2 maßgeblich erweitert werden. Damit wurden gleichzeitig auch die Weichen für eine technische Nutzung gestellt. So können die F&E-Ergebnisse z.B. für antistatische Textilien (Reinräume, elektrische Abschirmung), für flexible Heizelemente (Sportswear, Wellness), Textilien mit antibakteriellen Eigenschaften (Wundauflagen, Outdoor-Textilien, Segeltücher) oder langfristig auch für gänzlich neuartige Textilien mit katalytischen Eigenschaften (z.B. chemische Industrie) genutzt werden. Zusätzlich wurde die grundsätzliche Kombinierbarkeit von Eigenschaften am Beispiel Farbgebung/antibakterielle Ausrüstung erarbeitet, was das wirtschaftliche Potential dieser wasserfreien Hochdrucktechnologie für den textilen Sektor zusätzlich erweitert.