Mit ionischen Flüssigkeiten zu Polyestergeweben mit cellulosischen Oberflächen

Ionische Flüssigkeiten sind als Lösemittel in den vergangen Jahren in den Fokus des Interesses der Materialwissenschaften gelangt. Es handelt sich dabei um Salze mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 100 °C. Als flüssige Salze haben sie keinen nennenswerten Dampfdruck und sind u.a. enorm temperaturstabil. Viele ionische Flüssigkeiten besitzen hochinteressante Löseeigenschaften für eine Vielzahl von Materialien unter anderem für solche, die ansonsten als schwer- oder unlöslich in gängigen Lösemitteln gelten. So gibt es eine Reihe von ionischen Flüssigkeiten die in der Lage sind große Mengen Cellulose ohne eine vorherige Derivatisierung zu lösen.

Ausgehend davon war es die Idee dieses abgeschlossenen Forschungsvorhabens zunächst wissenschaftliche Grundlagen zur Cellulose-Ausrüstung von Polyesterfasern aus Lösungen von Cellulose in ionischen Flüssigkeiten zu untersuchen um daran anschließend Eigenschaften der resultierenden Materialien zu untersuchen.

Der grundsätzliche Ansatz besteht darin in einem ersten Schritt Cellulose in einer ionischen Flüssigkeit zu lösen und PET-Gewebe mit diesen Lösungen vergleichbar einer klassischen Ausrüstung zu behandeln. Nach der Flottenaufnahme werden die Gewebe für wenige Minuten bei nicht mehr als 150 °C getempert bevor die restliche Lösung zum Abschluss der Ausrüstung entfernt werden kann.

Bei den Untersuchungen wurde u.a. der Einfluss unterschiedlicher ionischer Flüssigkeiten getestet, wobei das Lösemittel vor allem einen für die Ausrüstung entscheidenden Einfluss auf die Viskosität und die maximal zu lösende Cellulosekonzentration nimmt. Je nach Konzentration, Cellulosequelle (mikrokristalline Cellulose, Baumwolle oder Papier) und ionischer Flüssigkeit variiert die Viskosität im Rahmen der Untersuchungen zwischen 0,1 mPas und 18.000 mPas (bei  30 °C, und einem Schergefälle von 4 s-1). Die Applikation wird bei hochviskosen Lösungen naturgemäß erschwert ebenso wie das Entfernen der auf dem Textil verbliebenen restlichen Lösung. Anders als konventionelle Lösemittel lassen sich ionische Flüssigkeiten aufgrund des fehlenden Dampfdruckes nicht über Trocknungsprozesse entfernen. Praktisch muss daher zunächst die auf dem Textil verbliebene Flotte über ein Spülen mit frischem Lösemittel entfernt werden, bevor das Textil mit Wasser gewaschen und getrocknet werden kann.

Die Auflagen, die sich über diesen Ausrüstungsansatz erzielen lassen variieren mit der Konzentration der Celluloselösung. Dabei können Cellulosen aus unterschiedlichen Quellen eingesetzt werden. Homogene Ausrüstungen wurden mit Auflagen bis zu etwa 4 Gew.% hergestellt. Höhere Auflagen erzielt man nur mit hoch-konzentrierten Celluloselösungen, die aufgrund der hohen Konzentrationen pastös sind, was dann bei der Applikation eine gleichmäßige Verteilung im Gewebe und das anschließende Entfernen erschwert und daher zu inhomogenen Ausrüstungsergebnissen führt. Es wurde eine Vielzahl von Ansätzen verfolgt die Auflage über ein Vorfunktionalisieren des Substrates und/oder die Verwendung von klassischen Reaktivvernetzern (z.B. Cyanurchlorid) zu erhöhen. Die Auflagen konnten aber nicht in gewünschter Weise erhöht werden.

Die resultierenden, mit Cellulose ausgerüsteten PET-Gewebe sind ausgesprochen hydrophil und lassen sich sehr leicht benetzen (Tropfeneinsinkzeiten < 10s). Die Feuchtigkeitsaufnahme der Produkte erhöht sich durch die Ausrüstung, die Zunahme liegt bezogen auf die abgeschiedene Cellulose im Bereich von 10 Gew.%. Die modifizierten PET-Fasern lassen sich, im Gegensatz zur unmodifizierten Faser, mit klassischen Reaktivfarbstoffen färben, wobei die resultierende Farbtiefe mit der Celluloseauflage steigt. Die Ausrüstungen erweisen sich in Wasch- und Scheuerversuchen als beständig. Untersuchungen des Bekleidungsphysiologischen Komfort ergeben eine Verschlechterung des hautsensorischen Komforts infolge der tendenziellen Versteifung bei hohen Celluloseauflagen während der thermophysiologische Komfort durch die Ausrüstung nicht beeinflusst wird.

Angaben zum Forschungsvorhaben

Titel: Etablierung von cellulosischen Oberflächen auf synthetischen Polymeren
Förderkennzeichen: IGF-Vorhaben Nr. 16877N
Laufzeit:  01.03.2011 - 30.06.2013
Ansprechpartner: Dr. Torsten Textor, Tel.: +49-2151-843-0, e-Mail: info@dtnw.de

Der ausführliche Abschlussbericht wurde in den DTNW-Mitteilungen veröffentlicht und kann beim DTNW angefragt werden.