Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Funktionelle Multifilamentgarne auf PLA-Basis mit photocrom und thermochrom schaltenden Eigenschaften für langzeitstabile, textile Verschattungsmaterialien

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von funktionellen Garnmaterialien mittels Schmelz-spinnen auf Basis von Polymilchsäure (PLA) sowie der dafür notwendigen Technologien zur Erzeugung von photochrom bzw. thermochrom schaltenden Mono- und Multifilamentgarnen inklusive der Entwicklung von innovativen Strategien zur Verbesserung ihrer Langzeitstabili-tät bzw. Ermüdungsbeständigkeit. Der Ansatz beinhaltet sowohl materialwissenschaftliche als auch verfahrenstechnische Neuentwicklungen.

Es wird die Eignung von 3 organischen & 1 anorganischen Chromogen-Typ untersucht (kommerzielle Organophotochrome als reiner Farbstoff & mikrogekapselte organophoto-chrome/ thermochrome Pigmente, neuartige Zeolith-gekapselte Spiro-Organophotochrome sowie nichtkommerzielle langzeitstabile photochrome AgCl-haltige Glaspulverpigmente).

Synergieeffekte werden durch eine externe Stabilisierung der chromogenen PLA-Filamente via Bikomponenten-Schmelzspinntechnologie (Kern-Mantel-Strukturen mit polymerem Bar-rieremantel) und/ oder einem neuartigen lösungsbasierten flexiblem SiOx Barriere-Spinnfinish via Perhydropolysilazan Precursor angestrebt. Die Eigenschaften der chromogenen PLA-Filamente werden mit ausgewählten Polypropylen Referenzproben verglichen.

Mit dem Forschungsvorhaben wird die Schaffung von Basis-Know-how bei der Entwicklung funktionalisierter Multifilamentgarne auf Basis nachwachsender Rohstoffe bis hin zu Textil-produkten mit „schaltenden“ chromogenen Eigenschaften angestrebt. Neben dem Hauptan-wendungsgebiet „Textile Verschattungsmaterialien“ dienen die Arbeiten auch der Entwick-lung von Granulaten für Spritzguss und Folienextrusion. Damit eröffnen sich vor allem für Firmen der „Sicht- & Sonnenschutz“-Branche neue Märkte im Bereich Verschattungsmateria-lien für ein adaptives Wärme- und Klimamanagement und bedeuten darüber hinaus für KMU durch den Markteintritt mit qualitativ neuartigen Produkten eine Stärkung der Wettbewerbs-position der hiesigen Kunststoffverarbeitungs- und Textilindustrie.

Ergebniszusammenfassung:

In dem durchgeführten Projekt wurden umfangreiche Untersuchungen zur Herstellbarkeit und Stabilität von PLA-Garnen mit photochromen und thermochromen Farbstoffen vorgenommen. Dabei konnten unterschiedliche Wege der Steigerung der Langzeitstabilität evaluiert werden.

Durch innovative Anwendung der Bikomponentenschmelzspinntechnologie war es möglich, Filamente aus PLA mit einem Mantel aus anderen thermoplastischen Polymeren zu versehen, die einerseits als Barriere gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff, andererseits als Modifikatoren der Garneigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit wirksam waren.

Als weiteres innovatives Verfahren gelang es, aus PHPS-Lösung SiOx-Schichten in definierter Dicke und guter Qualität auf den Filamenten zu applizieren. Diese glasartigen Schichten haben bereits ab wenigen Mikrometern Schichtdicke ausgezeichnete Barrierewirkungen gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff, welche die Lebensdauer der chromogenen Pigmente herabsetzen.

Neben kommerziell erhältlichen Farbstoffen, welche auf organischen Materialien basieren, wurden photochrome Glaslinsenprecursoren aufgereinigt und für eine Verarbeitung mittels Schmelzspinnen ausgerüstet. Die erhaltenen Filamente zeigten photochromes Verhalten, jedoch waren die notwendigen Pigmentmengen zu groß, um eine ausreichende Festigkeit bei gutem Farbwechseleffekt zu erhalten.

Die hergestellten PLA-Filamente wurden hinsichtlich ihrer Farbänderung bei Aktivierung und ihrer Langzeitstabilität charakterisiert und mit vergleichbaren Materialien auf PP-Basis verglichen. Hierbei wurde deutlich, dass für PP-Materialien wesentlich geringere Pigmentmengen für einen ausreichenden Effekt nötig sind, da die polaren Eigenschaften des PLA den Farbwechseleffekt behindert. Farbstoffe auf Mikrokapselbasis sind hiervon nicht betroffen, besitzen aber nicht die Stabilität und Farbstärke von Garnen mit reinem Dye. Die Langzeitstabilität der PLA-Filamente liegt somit weiterhin unter denen von PP-Garnen.