Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Polyphenolbasierte Beschichtungen zur universellen Oberflächenfunktionalisierung von Textilfasern

Die Polymerisation von kommerziell erhältlichen Polyphenolen (Tannine, Dopamin, Catechole) ermöglicht die einfache Beschichtung einer Vielzahl von Materialien (neben Textilien auch Metalle, Glas, Polymere, Nanopartikel, etc.) unter wässrigen Bedingungen. Die resultierenden Polyphenolschichten sind robust (thermisch bis 200 °C, pH-Bereich 2–12), biokompatibel und verbessern verschiedene Oberflächeneigenschaften der Materialien, beispielsweise die Benetzbarkeit von hydrophoben Oberflächen, die UV-Stabilität oder die Resistenz gegenüber der Anhaftung von organischen Molekülen, Proteinen und Mikroorganismen (Antifouling).

Darüber hinaus können diese Schichten aber auch als Ausgangpunkt für sekundäre Modifikationen dienen, da während der oxidativen Polymerisation verschiedene reaktive Zentren entstehen. Über diese Gruppierungen lassen sich sowohl die Wechselwirkungen innerhalb von Verbundsystemen als auch die Oberflächeneigenschaften der beschichteten Materialien in Richtung verschiedener Funktionen (hydrophob, antimikrobiell, etc.) weiter modulieren.

Im Rahmen des Projekts soll untersucht werden, wie sich polyphenolbasierte Schichten in einem industriell relevanten Verfahren applizieren lassen. Da bisher nur wenige Informationen für solche Substrate vorliegen, wird zunächst eine grundlegende Charakterisierung der erhaltenen Systeme (Struktur und Materialeigenschaften) erfolgen. Parallel hierzu der werden aber auch spezifische Anwendungen, insbesondere im Bereich der Technischen Textilien, berücksichtigt werden. In diesem Kontext sollen beispielsweise der Einsatz von Polyphenolschichten zur Haftkraftverbesserung in textilen Verbundsystemen sowie deren sekundäre Modifikation im Hinblick auf ausgewählte Textilausrüstungen untersucht werden.

Ergebniszusammenfassung:

Die Vielfalt von Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Textilien, von der Naturfaser Baumwolle über Standard-Polymere wie PET oder Polyamid zu Hightech-Fasern aus z.B. Aramid, erfordert große Investitionen in die Prozessentwicklungen um entsprechende Materialien auszurüsten. Dies liegt hauptsächlich an der unterschiedlichen Oberflächenchemie der Substrate. Daraus resultiert der Umstand, dass für jedes Substrat eine neue Bindungschemie entwickelt werden muss, um die gewünschten Ausrüstungen an die Fasern binden zu können. Basierend auf vorherigen Forschungsvorhaben des DTNW, zur Ausrüstung von Textilien mit Dopamin, konnte gezeigt werden, dass Polyphenole wie Polydopamin eine funktionelle Oberfläche auf allen gängigen Oberflächen erzeugen können. Aufgrund der hohen Kosten von Dopamin und der starken Färbung der Beschichtungen, war das Ziel dieses Forschungsvorhabens die Entwicklung von Primärausrüstungen auf Basis von kostengünstigen Polyphenolen. Es konnte gezeigt werden, dass Tanninsäure und Pyrogallol, als kostengünstige Ausgangsmaterialien, mit gängigen Methoden der Textilveredlung, wie Besprühen oder Tauchen und anschließendes Foulardieren, auf die verschiedensten Textilien aufgebracht werden können. Diese Beschichtungen zeigten eine Waschbeständigkeit von bis zu 10 Waschzyklen. Vor allem konnte aber gezeigt werden, dass sich die Polyphenole für die weitere Modifikation mit Ausrüstungen wie z.B. Hexadecylamin (Hydrophobierung) oder Zwitterionen (Hydrophilierung/Antifouling) eignen und somit zu einer Substratunabhängigkeit führen. Somit zeigen die F&E-Ergebnisse ein großes Potential für die Anwendung bei KMU’s zur Ausrüstung von Textilien mit vereinfachter Übertragbarkeit von Ausrüstungen auf andere Substrate. Durch die Kombinierbarkeit der Polyphenolschichten mit verschiedensten funktionellen Sekundärbeschichtungen, steigt das wirtschaftliche Potential dieser innovativen Ausrüstungsmethode.