Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Färbung von Aramiden und weiteren Hochleistungsfasern aus Ionischen Flüssigkeiten

Im Vergleich zu anderen Fasertypen wie Polyester oder Baumwolle ist das Färben von Aramiden und anderen Hochleistungsfasern nach heutigem Stand der Technik bei vergleichsweise geringer Farbintensität und -echtheit ein extrem aufwändiger sowie kosten- und chemikalienintensiver Prozess. Daher wird seit vielen Jahren nach alternativen Färbeverfahren für Aramide und andere schwer färbbare Fasern gesucht. Auf Basis der am DTNW durchgeführten Voruntersuchungen ist es daher das Ziel des hier vorliegenden Forschungsvorhabens, die verfahrenstechnischen Grundlagen zur Färbung von Aramid- und weiteren Hochleistungsfasern aus Ionischen Flüssigkeiten zu erarbeiten. Dabei sollen alle wesentlichen, das Farbergebnis beeinflussende Parameter wie Art der Ionischen Flüssigkeit, Lösevermögen des Farbstoffs, Farbstoffkonzentration, Carrierbedarf, Einfluss von faserspezifischen Eigenschaften (insbesondere des Kristallisationsgrades), Färbezeit, notwendige Vor- und Nachbehandlungsschritte etc. ermittelt und optimiert werden. Die Güte und Robustheit der Färbung aus IL soll anhand von klassischen Methoden der textilen Analytik charakterisiert und mit konventionell gefärbten Fasern verglichen werden. Die anvisierte Verfahrensweise eröffnet Färbungen von Hochleistungsfasern bei hohen Temperaturen in druckfreien, offenen Systemen, wobei idealerweise mit reinen, stellmittelfreien Farbstoffen und ohne den Einsatz von sogenannten Carriern (Quellungsmitteln) gearbeitet werden kann, was bisher notwendige Nachbehandlungsschritte vermeiden und letztlich die bisher angewandten Färbeverfahren für Aramide und weitere Hochleistungsfasern deutlich vereinfachen kann. Dies kann zur drastischen Einsparung von Energie sowie Prozesszeit und damit zur Kostenreduzierung führen. Der potentielle Verzicht auf Stellmittel und insbesondere Carrier (die auch arbeitsschutzrelevant sind) beinhaltet neben dem wirtschaftlichen Aspekt auch die Schonung von Umwelt und Ressourcen.

Ergebniszusammenfassung:

Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Nichtentflammbarkeit und Chemikalienresistenz werden z.B. Aramidfasern im Bereich der Arbeitsschutzbekleidung, bei ballistischen Schutzwesten oder auch bei Faserverbundstoffen verwendet. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist eine Färbung des Fasermaterials erwünscht. Allerdings erweist sich das Färben von Aramiden in seiner bisherigen Durchführung als mehrstufiger, zeit- und kostenintensiver Prozess, der zusätzlich mit einem hohen Chemikalienbedarf einhergeht. Daher sind alternative Färbeverfahren für Hochleistungsfasern von Seiten der textilverarbeitenden Industrie sehr erwünscht. Ionische Flüssigkeiten (IL) sind Salze, die unterhalb von 100 °C flüssig vorliegen und über erstaunliche Löseeigenschaften für unterschiedliche Substanzen verfügen. Das DTNW hatte bereits im Vorfeld gezeigt, dass sich IL grundsätzlich als textile Färbemedien für z.B. Polyester eignen. Entsprechend war es das Ziel des F&E-Vorhabens, die verfahrenstechnischen Grundlagen auf die Färbung von Aramid- und weiteren Hochleistungsfasern zu übertragen. Es konnte gezeigt werden, dass sich sowohl m-Aramide als auch Polybenzimidazol, Polycarbonat, Torlon, Pertinax sowie Glasfasern erfolgreich aus IL färben lassen. Darüber hinaus konnten für die wirtschaftlich bedeutenden m-Aramidfasern konkrete Aussagen zur Übertragung in die textile Praxis abgeleitet werden. Damit eröffnet sich für KMU aus dem Bereich Faserveredlung die Möglichkeit, hochwertige, gefärbte Produkte nach neuer Verfahrenstechnik zu schaffen. Die Einführung von IL sowohl in die Textilforschung als auch in die textile Verfahrenstechnik bedeutet zudem eine Ankopplung an ein hochaktuelles Forschungsgebiet, das viele Technik- und Branchenbereiche umfasst und somit auch branchenübergreifende Synergieeffekte hervorrufen kann. So können von den F&E-Ergebnissen z.B. auch KMU aus dem Bereich der Herstellung von IL sowie textile Hilfsmittelunternehmen profitieren.