CH699118A1

CH699118A1 - Multifunktionelle, responsive Funktionsschichten auf festen Oberflächen und Verfahren zur Herstellung dazu.

Info

Publication number: CH699118A1
Application number: CH01096/08A
Authority: CH
Inventors: Oliver Marte; Martin Meyer; Murray Height
Original assignee: Tex A Tec Ag
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-01-15
Also published as: EP2347050A1; CN102165114B; CH699127A2; WO2010006457A1; CN102165114A; US20110250409A1

Abstract

Eine multifunktionelle responsive Funktionsschicht (5) auf einem Substrat, insbesondere Textilien, Papier und Kunststoffmaterialien umfasst mindestens eine erste und eine zweite Funktionskomponente (1, 2), wovon mindestens eine der zweiten Funktionskomponenten (2) die chemisch-funktionelle und konstitutionelle Voraussetzung für ein responsives Verhalten aufweist und damit durch einen äusseren Stimulus reversibel schaltbar ist. Die ersten und zweiten Funktionskomponenten (1, 2) unterscheiden sich in ihren intrinsisch vorgegebenen Eigenschaften und sind aufeinander abgestimmt, wobei mindestens eine der Funktionskomponenten auf dem Substrat (3) physikalisch-chemisch verbunden vorliegt. Verfahren zur Herstellung der multifunktionellen responsiven Funktionsschicht (5) werden beschrieben, die Kombination von Funktionen ermöglichen wie Moisture Management, Soil Release, Antistatic, Hydrophobie, Hydrophilie, Oleophobie, Controlled Release und Leitfähigkeit.

Description


  [0001]    Die Erfindung betrifft multifunktionelle, responsive Funktionsschichten auf festen Oberflächen gemäss Patentanspruch 1 und Verfahren zur Herstellung derselben gemäss den Patentansprüchen 18 bis 20.

  

[0002]    Die Herstellung von Multifunktionsschichten auf festen Matrizen wie sie Textil-, Papier-und Kunststoffmaterialien darstellen gewinnt enorm an Bedeutung und sind Gegenstand aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Diverse kombinierte Funktionsbeispiele wie z.B. flammhemmend und Schmutz abweisend oder bügelfrei und antistatisch etc. befinden sich bereits in der praktischen Anwendung und sind auch in der Fachliteratur beschrieben [1].

  

[0003]    In der nachstehenden Liste sind die Dokumente zusammengestellt, an Hand derer im Weiteren der Stand der Technik erläutert wird:
[1] S. Duquesne et al., Multifunctional Barriers for Flexible Structure, (2007), S. 39-43, 63-71, 109-124, Springer Berlin, Heidelberg, New York
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_Change_Material
[3] St. Galler Tagblatt, Freitag, 6. Juni 2008
[4] V. Papaefthimiou, R. Steitz, G. H. Findenegg, Responsive Polymerschichten, Chem. Unserer Zeit, (2008) 42, S. 102-115
[5] J. Rühe, M. Ballauf, M. Biesalski et al., Polyelectrolyt brushes, Adv. Polym. Sci (2004) 165, S. 79-150
[6] M. Motornov, R. Sheparovych et al., Stimuli-Responsive Colloidal Systems from Mixed Brush-Coated Nanoparticles, Advanced Functional Materials (2007) 17, S. 2307-2314
[7] D. Hegemann, M. M. Hossain, D. J.

   Balazs, Nanostructured plasma coatings to obtain multifunctional textile surfaces, Progress in Organic Coatings 58 (2007) S. 237-240
[8] M. Weder, A. Satir, W. Federer, Wenn sich die Kleidung dem Menschen anpasst, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, Medien Information, Dübendorf, September (2002)
[9] W.D. Schindler, P.J. Hauser, Chemical finishing of Textiles, CRC Press (2004), S. 87-96, Boca Raton Boston New York Washington, DC
[10] F. D. Evans, H. Wennerström, The Colloidal Domain, Wiley-VCH (1999) S. 606-608 New York
[11] H. Mollet, A. Grubenmann, Formulierungstechnik, S. 47-55, Wiley-VCH Verlag (2000) Weinheim, New York
[12] M. Tanaka, E. Sackmann, Polymer-supported membranes as models of the cell surface, Nature (2005) 437, S. 656-663
[13] A. Janshoff, C. Steinern, Transport across artificial membranes an analytical perspective, Anal. Bio. Chem.

   (2006) 385, S. 33-51
[14] R. v. Klitzing, Internal structure of polyelectrolyte multilayers assemblies, Phys. Chem. Chem. Phys. (2006) 8, S. 5012-5033
[15] K. Glinel, C. Dejugnat, M. Prevot et aL Responsive polyelectrolyte multilayers, Colloid Surf. A. (2007) 303, S. 3-13
[16] C. Wu, S. Zhou, First Observation of the Molton Globule State of a Single Homopolymer Chain, Phys. Rev. Lett. (1996) 77, S. 3053-3055
[17] W. Barthlott, C. Neinhuis, nur was rau ist, wird von selbst sauber, Technische Rundschau Nr. 10, (1999) S. 56-57
[18] L. Feng et al., Petal Effect: A Superhydrophobic State with High Adhesive Force, LangmuirVol. 24, (2008), S. 4114-4119.

  

[0004]    Die im Dokument [1] erwähnten Beispiele, durch eine Ausrüstung bzw. Coating erzielten Effekte, sind permanent vorhanden. Beim Einsatz von Phase-Change Materials [2] (z.B. Micronal<(R)>PCM der Firma BASF) in Multifunktionsschichten ist der durch diese Materialien ausgelöste, Wärme regulierende Effekt reversibel. Bei den Phase-Change Materials handelt es sich um Mikrokapseln, deren Inhalt z.B. ein Elektrolyt bzw. Elektrolytgemisch oder nieder schmelzende Polymere sind. Während des Phasenwechsels (fest/flüssig bzw. flüssig/fest) wird Wärme aufgenommen oder abgegeben, wodurch eine Temperaturregelung durch die mit Phase-Change Materials hergestellte Ausrüstung möglich ist. In neuesten Arbeiten [3] werden z.B. Schutzdecken für Pferde untersucht, die sowohl hoch reflektierend sind als auch Phase change materials in der Beschichtung enthalten.

  

[0005]    In der Literatur finden sich weitere Polymermaterialien beschrieben, die durch einen äusseren Stimulus reversibel ein- bzw. ausschaltbar sind, so genannte responsive Polymermaterialien, jedoch nicht deren Anwendung in Multifunktionsschichten [4], [5], [6],

  

[0006]    Das heute angewendete Herstellungsprinzip von Multifunktionsschichten auf Textilien besteht in den meisten Fällen im Mischen mindestens zweier Funktionsprodukte oder -komposite in einer Applikationsflotte oder in der sequentiellen Applikation der Funktionsprodukte auf das zu behandelnde Substrat. Im Folgenden wird auch der Begriff Substrat stellvertretend für verschiedene Festkörpermatrizen wie z.B. Textil-, Papier- und Kunststoff- bzw. Kunstfasermaterialien verwendet. Bekannte Herstellungsverfahren von Multifunktionsschichten, nach einem der genannten Prinzipien sind in den folgenden Dokumenten beschrieben:
a) Funktionsausrüstungen mit einstufiger Verfahrensweise [1]:
Antistatik, Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung, Flammhemmung, Bügelfrei etc.
b) Sequentielle Applikation von Funktionsschichten (zweistufige Verfahrensweise): "Textile Fläche" (WO 02/075038 A2).

  

[0007]    Eine weitere, sehr aktuelle Verfahrenstechnik zur Herstellung von Multifunktionsschichten bietet die Plasmatechnik [1], [7].

  

[0008]    Zwei heute bevorzugt angestrebte kombinierte Funktionen sind die Feuchtigkeits- und Wärmeregulierung auf der menschlichen Haut durch die Bekleidung und deren Ausrüstung. Diese Funktionen wurden während den letzten zehn Jahren intensiv erforscht und diskutiert [8]. Hierzu sind für verschiedene Anwendungsbereiche Funktionsmodelle entwickelt und realisiert worden, die sehr viele Ressourcen vom Fasermaterial über die Gewebekonstruktion bis hin zur Konfektionstechnologie nutzen. Eine weitere erwähnenswerte Doppelfunktion steckt im Begriff "Soil release" [9], womit sowohl die Schmutzabweisung als auch die Wiederauswaschbarkeit sorbierter Schmutzsubstanzen als Funktionen gefordert sind.

  

[0009]    Eine andere, vor allem für Arbeitsschutzbekleidung und Bettwäsche im Gesundheitsbereich erwünschte Multifunktionsschicht beinhaltet die Schmutzabweisung sowie die bakterizide und antistatische Funktion.

  

[0010]    Wesentliche Nachteile aller erwähnten Multifunktionsschichten sind deren Herstellungsprinzip mit den gesondert zu formulierenden Funktionsprodukten bzw. -kompositen und den sehr oft beschränkten Verträglichkeiten mit den weiteren vorhandenen Flotteningredienzien.

  

[0011]    Ein weiterer Nachteil der Herstellung diverser Multifunktionsschichten ist die Mehrstufigkeit des Verfahrens, wobei sehr kostenintensive Prozessstufen wie Trocknen und Kondensieren mindestens zweimal durchzuführen sind.

  

[0012]    Zu den bereits erwähnten technischen Nachteilen zählen auch die sehr oft eingeschränkten Wasch-und Gebrauchseigenschaften, insbesondere bei Funktionsschichten auf Synthesefasern und Kunststoffen. Da diese Nachteile zunehmend an Bedeutung gewinnen, sind sie ein wesentlicher Grund für die nur zögernde Marktakzeptanz. Der wesentliche wirtschaftliche Nachteil liegt in den hohen Kosten der einzelnen Funktionsprodukte mit ihren mehr oder weniger aufwändigen Herstellungstechniken.

  

[0013]    Es ist die Aufgabe der Erfindung ein auf feste Oberflächen, insbesondere auf Textilien, zu applizierendes, ausrüstungsbasiertes Multifunktionsprinzip und Herstellverfahren zu entwickeln, welches Schicht intrinsisch mindestens zwei unterschiedliche Funktionen erfüllt. Beispiele solcher Funktionen sind: Moisture Management, Soil Release, Antistatic, Hydrophobie, Hydrophilie, Oleophobie, Controlled Release, Leitfähigkeit etc..

  

[0014]    Eine weitere Aufgabe besteht in der Realisierung hoher Anforderungen an die typischen Gebrauchseigenschaften der Multifunktionsschicht, wobei die Forderung nach einer hohen Waschbeständigkeit allen Multifunktionsschichten gemeinsam ist. Die Schicht spezifischen Eigenschaften orientieren sich an den einzelnen, von der Coatingschicht zu erfüllenden Funktionen.

  

[0015]    Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Anwendung von bipolaren und/oder amphiphilen, zur Barrieren-, im Besonderen zur Membranbildung geeigneten Verbindungen in Kombination mit responsiven, durch einen Stimulus zu schaltenden Verbindungen bzw. Polymeren, die gemeinsam eine multifunktionelle, responsive Funktionsschicht darstellen.

  

[0016]    Erfindungsgemäss muss die Eigenschaft der multifunktionellen, responsive Funktionsschicht als Gesamtsystem oder mindestens eine der Funktionen durch einen äusseren Stimulus reversibel schaltbar (responsiv) sein. Die responsive Eigenschaft der multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht kann durch eine, mehrere oder erst durch die Kombination von mindestens zwei Funktionskomponenten vorgegeben sein. Aufgrund der durch Seif Assembling [10] entstehenden geometrischen Anordnung der Barrierenschicht (auch als Membran- oder Grenzschicht bezeichnet) und der responsiven Polymerschicht auf einer Feststoffmatrix, sowie durch die chemische Verknüpfung der Barrierenschicht mit der responsiven Polymerschicht reagiert das Gesamtsystem, d.h. die multifunktionelle, responsive Funktionsschicht, auf einen äusseren Stimulus gemäss den Eigenschaften des responsiven Polymers.

   Mit der Anwendung unterschiedlicher chemisch-funktioneller und konstitutioneller Verbindungen zum Aufbau von multifunktionellen, responsiven Funktionsschichten wird auch deren geometrische differenzierte Anordnung in der Schicht vorgegeben. Diese ergibt sich eigendynamisch durch Seif Assembling, aufgrund der vorherrschenden Grenzflachenkräfte in der Weise, dass beispielsweise die responsive Polymerschicht auf dem Substrat, bzw. der Feststoffmatrix und die Membran- oder Barrierenstruktur bildende Verbindung bzw. das Polymer die zur Luft orientierte Schicht bildet. In diesem Sinne verhalten sich die responsive Polymerschicht und die Barriereschicht bezüglich ihrer Eigenschaften kooperativ.

  

[0017]    Chemisch-funktionelle Verbindungen weisen reaktive Gruppen auf, wie etwa Amino-, Hydroxy-, Carboxyl-, Carbonyl-, Epoxy-, Isocyanat-Gruppen; konstitutionelle Merkmale der Verbindungen sind solche, die sich durch ihre physikalischen oder strukturellen Eigenschaften auszeichnen, wie etwa die Bipoiarität, Planarität oder Chiralität.

  

[0018]    Responsive Polymerschichten zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf einen äusseren Stimulus (auch Trigger genannt) eine "Antwort" zeigen. Daher auch der Begriff "responsiv", dessen Ursprung im Lateinischen, "espondere = antworten" liegt. Responsives Verhalten bedeutet, dass die durch einen Stimulus ausgelöste Systemänderung reversibel und wiederholbar ist.

  

[0019]    Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>Schematischer Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wovon die eine durch einen äusseren Stimulus reversibel schaltbar ist.


  <tb>Fig. 2<sep>Schematischer Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wobei die lipophile Funktionskomponente auf der responsiven Funktionskomponente sitzt und die Temperatur den äusseren Stimulus bildet.


  <tb>Fig. 3<sep>Schematischer Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wobei die lipophile Funktionskomponente auf der responsiven Funktionskomponente sitzt und der Feuchtigkeitsgehalt den äusseren Stimulus bildet.

  

[0020]    Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wovon die eine durch einen äusseren Stimulus reversibel schaltbar ist.

  

[0021]    Auf einem Substrat 3, bzw. einer festen Oberfläche oder einer Feststoffmatrix befindet sich eine erste Funktionskomponente 1, die mit dem Substrat 3 physikalisch-chemisch verbunden vorliegt. Eine zweite Funktionskomponente 2 befindet sich neben der ersten Funktionskomponente 1 und ist ebenfalls mit dem Substrat 3 physikalisch-chemisch verbunden. Die zweite Funktionskomponente 2 besteht aus einer responsiven, polaren Polymerkomponente, auf der Wassermoleküle 4 angelagert sind. Die erste Funktionskomponente 1 besteht aus einem hydrophobierenden Polymer. Erste und zweite Funktionskomponenten 1, 2 bilden eine responsive Funktionsschicht 5, bzw. eine Ausrüstungsschicht, deren responsives Verhalten im Weiteren erläutert wird.

   In dieser Funktionsschicht liegen die responsive und hydrophobierende Polymerkomponente 1, 2 aufgrund der während der Applikation und Fixierung erzwungenen Phasentrennung isoliert nebeneinander vor. Während die hydrophobierende Funktionskomponente 1 durch Seif Assembling weitgehend starre Ketten zur Gasphase (Luft) ausbildet, werden die Ketten der responsiven Funktionskomponente 2 mit zunehmendem Wassergehalt stark gestreckt, womit eine hydrophile Schichtdominanz der responsive Funktionsschicht 5 resultiert. In der Gasphase befindliche Wassermoleküle 4 lagern sich an der responsiven Funktionskomponente 2 an, was mit einem Pfeil 6 angedeutet ist. Diese hydrophile Schichtdominanz liegt bei einer normalen Temperatur vor.

  

[0022]    Eine steigende Temperatur bewirkt eine zunehmende Dehydratisierung und Entquellung der responsiven Funktionskomponente 2, bzw. des responsiven Polymers, wobei die gestreckten Ketten kollabieren oder knäueln. Die vormals gebundenen Wassermoleküle 4 verdunsten und ein Neuzutritt von Wassermolekülen 4 wird erheblich erschwert, was mit dem Pfeil 6 angedeutet ist. Die responsive Funktionskomponente 2 zieht sich neben der hydrophobierenden Funktionskomponente T zurück, womit nun die weitgehend starren Ketten der Funktionskomponente V bzw. des Hydrophobierungspolymers die Oberfläche der Funktionsschicht 5 dominieren.

  

[0023]    Der äussere Stimulus ist die Temperatur, mit der die Hydrophilie bzw. die Hydrophobie der Oberfläche der Funktionsschicht 5, 5 reversibel schaltbar wird. Dies ist mit einem Doppelpfeil 7 angedeutet.

  

[0024]    Im Weiteren wird die Barriere bzw. die Barrierenschicht beschrieben. Bipolare Monomere und Polymerverbindungen sind in der Lage, ausgehend von Mizellen und/oder Vesikeln durch Seif Assembling an festen oder flüssigen Oberflächen Grenzflächenstrukturen insbesondere Membranschichten auszubilden. Das thermodynamisch bedingte Seif Assembling führt je nach Polarität der Oberfläche (hydrophil oder hydrophob), auf der die Mizelle oder das Vesikel spreitet, zu einer vice versa gerichteten (hydrophoben oder hydrophilen) Orientierung gegenüber der Luft [11], [12], [13], Ein mit den Mizellen oder Vesikeln vergleichbares Verhalten zeigen beispielsweise in Wasser emulgierte bipolare Verbindungen und amphiphile Polymere nach der Applikation auf eine feste Matrix.

   Typische Beispiele solcher Verbindungen sind speziell formulierte fettmodifizierte (C3-C24, bevorzugt C8-C18) Formaldehyd-, Polyacrylat- und Polyurethanharze sowie Fluorkarbonharze (C2-C12, bevorzugt C4-C8), deren Backbone beispielsweise ebenfalls Acrylat oder Urethan basiert ist. Weitere Möglichkeiten sind die Verwendung von Metallsalzen höherer Fettsäuren (C3-C24, bevorzugt C8-C18) und beispielsweise mit Polysacchariden oder Quatgruppen haltigen Verbindungen veresterte Fettsäuren (C3-C24, bevorzugt C8- C18).

  

[0025]    Eine andere amphiphile Verbindungsklasse stellen Blockpolymere dar, die sowohl hydrophobe als auch hydrophile Segmente enthalten. Die hydrophoben Segmente sind vielfach Silikon und Fluorkarbonharz basiert; die hydrophilen bevorzugt Polyoxyethylen und Polyoxypropylen basiert. Die Einsatzmengen der erwähnten Verbindungen auf Textilien betragen 0.1-5%, vorzugsweise 0.2- 2.0% der Wirksubstanz, bezogen auf das Trockengewicht des auszurüstenden Textilguts. Die erwähnten Verbindungsklassen werden teilweise zur Hydrophobierung von textilen Fasermaterialien und Flächengebilden verwendet. Die mit solchen Verbindungen auf Gewebeoberflächen hergestellten, durch Seif Assembling entstehenden Barriereschichten erfüllen mehrheitlich nur eine ausrüstungsspezifische Funktion, nämlich eine Hydrophilierung oder Hydrophobierung des Textilgutes.

   Durch die Fixierung der bipolaren Barriere bildenden Verbindung (Monomer und/oder Polymer) auf festen oder flüssigen Oberflächen ist deren Orientierungsmöglichkeit durch die Steifigkeit der sich orientierenden Molekülketten und deren Nähe zur Festkörpermatrix eingeschränkt. Dies hat wiederum Effekteinbussen zur Folge.

  

[0026]    Dieser Nachteil wird durch den Einbau von z.B. Spacern zwischen die Festkörpermatrix und die Barriereschicht deutlich verbessert. Solche Barriereschichten insbesondere Membranschichten mit Abstandshaltern zur Feststoffmatrix werden als "Tethered membranes" bezeichnet [11], [12].

  

[0027]    Erfindungsgemäss werden responsive Polymere als Spacer eingesetzt, die durch äussere Stimuli reversibel zwischen unterschiedlich geformten Polymerzuständen geschaltet werden können (z.B. gestreckte oder geknäulte Form des Polymers).

  

[0028]    Entsprechende, in der Literatur beschriebene, den Schaltvorgang auslösende Trigger sind physikalische und/oder chemische, Schicht extrinsische Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, elektrische Ladung und Feuchtigkeit. Als weitere den Schaltvorgang auslösende Stimuli sind die lonenstärke einer Elektrolytlösung oder die der Polymeroberfläche selbst zu benennen [4], [12], [13].

  

[0029]    Die erfindungsgemässen responsiven Funktionsschichten können je nach Konstruktion und der zu erfüllenden Aufgabenstellung durch mechanische Kräfte im Bereich von 10"<7> Newton (N) bis zu mehreren Newton (N), sowie durch elektromagnetische Wellen (elektromagnetische Strahlung) unterschiedlichster Spektralbereiche und deren Stärke geschaltet werden. Als Beispiele sei das Licht eines bestimmten Wellenbereichs und dessen Intensität erwähnt.

  

[0030]    Die erwähnten Faktoren können während des Gebrauchs der mit responsiven Funktionsschichten ausgerüsteten Materialien auftreten wie z.B. Waschen, Lagern,

  

[0031]    Bügeln, Trocknen, Reinigen etc. Andere extrinsische, Stimuli provozierende Situationen sind Stress (Blutdruck, Schweiss etc.), hohe Temperaturen, Öl- und Chemikalienkontakt.

  

[0032]    Gleichzeitig können durch den Einbau einer Spacerschicht zusätzliche Funktionalitäten generiert werden. Sehr wesentlich sind z.B. die eines Wasserspeichers zwischen der Festkörpermatrix und der beispielsweise hydrophob dominierten Barriereschicht oder die einer antistatischen und/oder antimikrobiellen Funktion.

  

[0033]    Beispiele responsiver Polymere sind Polyethylenoxid- und Polypropylenoxid-Derivate sowie deren Copolymerisate, ethoxylierte und propoxylierte Polysaccharide, Polyacrylamide oder Polyacrylate sowie Polyelektrolyte wie z.B. ionische Polysaccharide, Acrylamide oder Acrylate.

  

[0034]    Die diesbezüglichen Einsatzmengen betragen 0.05-2.0%, vorzugsweise 0.1-1.0% der Wirksubstanz, bezogen auf das Trockengewicht des auszurüstenden Textilguts.

  

[0035]    Neben der bevorzugten einstufigen Verfahrensweise der Herstellung von multifunktionellen, responsiven Funktionsschichten nach dem erfindungsgemässen Prinzip ist auch bei Akzeptanz der Mehrkosten ein zwei- oder mehrstufiges Herstellverfahren [14], [15] praktizierbar. Eine solche Arbeitsweise ist beispielsweise beim Aufbau einer Bilayer Struktur zur Realisierung eines hohen reversiblen Wasserspeichervermögens angebracht, um dadurch einen hohen Grad der Wärmeregulierung zu erzielen. In einem solchen Fall wird zuerst die responsive Spacerschicht durch einen Imprägnierprozess appliziert, während die Barriere bildende Funktionskomponente bzw. das Funktionskomposit anschliessend einseitig oder zweiseitig aufgetragen wird. Als einseitige Applikationstechniken stehen z.B.

   Pflatschen, Besprühen und Rakeln zur Verfügung, während die zweiseitige Applikation vorzugsweise durch Tauchung erfolgt. Die einseitige oder zweiseitige Barriereschicht Applikation orientiert sich am Verwendungszweck des Textilgutes. Bei einseitiger Barriereschicht Applikation ist die der Barriereschicht gegenüberliegende Gewebeseite hydrophil und in der Lage Wasser als Flüssig-Phase aufzunehmen. Bei einer zweiseitigen Barriereschicht Applikation erfolgt der Wassertransport in die hydrophile responsive Funktionsschicht vorwiegend über die Gasphase.

  

[0036]    Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wobei die lipophile Funktionskomponente auf der responsiven Funktionskomponente sitzt und die Temperatur den äusseren Stimulus bildet.

  

[0037]    Auf dem Substrat 3 befindet sich die zweite Funktionskomponente 2, die mit dem Substrat 3 physikalisch-chemisch verbunden ist und aus einer responsiven, polaren Polymerkomponente besteht, auf der Wassermoleküle 4 angelagert sind. Auf der responsiven Polymerkomponente ist hier die erste Funktionskomponente 1, nämlich eine lipophile Komponente physikalisch-chemisch fixiert. Die zweite Funktionskomponente 2 wird auch als Spacerpolymer bezeichnet.

  

[0038]    Erste und zweite Funktionskomponenten 1, 2 bilden eine responsive Funktionsschicht 5, bzw. eine Ausrüstungsschicht.

  

[0039]    Falls das Substrat 3 ein Bekleidungsstück bzw. ein Gewebe ist, erlaubt die darauf befindliche responsive Funktionsschicht 5 bei Normaltemperatur (keine körperliche Anstrengung) lediglich einen geringen Wassertransport, was mit einem schmalen Pfeil 8 angedeutet ist. Bei körperliche Anstrengung und der damit verbundenen Temperaturerhöhung erlaubt die responsive Funktionsschicht 5' einen hervorragenden Wassertransport, was mit einem breiten Pfeil 9 angedeutet ist.

  

[0040]    Der äussere Stimulus ist die Temperatur, mit der die Hydrophilie bzw. die Hydrophobie der Oberfläche der Funktionsschicht 5, 5 reversibel schaltbar bzw. getriggert wird. Dies ist wiederum mit dem Doppelpfeil 7 angedeutet.

  

[0041]    Die Funktionsschicht 5 kann auch mehrere erste Funktionskomponenten 1 und mehrere zweite Funktionskomponenten 2 enthalten. Sie ist keineswegs auf eine einzelne erste und zweite Funktionskomponente beschränkt.

  

[0042]    Durch die einstufige Applikation bipolarer, Barriere bildender Verbindungen mit responsiven Polymerverbindungen als Spacer auf Textilien werden erfindungsgemäss Funktionsschichten zum Feuchtigkeitstransport und zur Wärmeregelung körpernah getragener Textilien hergestellt. Die responsive Polymerschicht besitzt die Eigenschaft eines Wasserspeichers, dessen Speichervermögen durch die Temperatur bestimmt wird. Durch die Verwendung von responsiven Spacer-Polymeren sind die für diese Schicht typischen Eigenschaften ein- bzw. auszuschalten. Von besonderer Bedeutung in diesem Fall ist die Temperatur als Trigger, die bei Verwendung diesbezüglich responsiven Polymeren zu deren Hydratisierung oder Dehydratisierung führt.

   Die responsive Polymerschicht zeigt bei entsprechender Schaltung eine deutliche und reversible Änderung der Kettenanordnung, die von der gestreckten bis zur vollständig geknäulten Form variieren kann.

  

[0043]    Gemäss diesem Beispiel ist die Verwendung eines responsiven Polymers von Interesse, welches bei tieferen Körpertemperaturen (< 30 [deg.]C) Wasser bindet und bei höheren Temperaturen infolge zunehmender Unlöslichkeit Wasser abscheidet [16]. Da das freigesetzte Wasser entsprechend den vorherrschenden Bedingungen mehr oder weniger schnell verdunstet und durch die aufzuwendende Verdampfungsenthalphie dem System Energie entzogen wird, ist eine Kühlung des Textils und damit der Haut die Folge.

  

[0044]    Die auf diese Weise zweiseitig hergestellten Funktionsschichten zeigen nach aussen, z.B. zur Haut bei körpernah getragenen Textilien ein hydrophob dominiertes und somit trockenes Verhalten. Das durch Transpiration vom Körper abgegebene Wasser wird vorwiegend über die Gasphase in die Spacerschicht transportiert, gespeichert und je nach Temperaturbedingungen, ohne merkliches Feuchtigkeitsgefühl auf der Haut, sehr schnell an die Umwelt abgegeben.

  

[0045]    Durch Variation der Massenverhältnisse zwischen dem hydrophob dominierten Barrierepolymer und dem hydrophil dominierten responsiven Polymer in der auf eine Festkörpermatrix applizierten Dispersion/ Emulsion kann durch Entzug der homogenen Phase (z.B. Wasser) während der Schichtfixierung eine Mischungslücke entstehen. Solche Mischungslücken sind auch durch andere Stimuli wie z.B. elektrische Ladungen oder Elektrolyte zu bilden. Aufgrund der auftretenden Mischungslücke bildet das polar dominierte, amphiphile Polymer Wasser transportierende Polymerbrücken aus, vergleichbar mit den Transmembranproteinen in biologischen Membranen.

   Eine weitere erfindungsgemässe Besonderheit dieser Funktionsschicht ist die bei niedriger bis mittlerer relativer Luftfeuchtigkeit (< 80 %) dominierende Hydrophobie, was eine extrem Wasser abstossende Eigenschaft bedeutet, und die bei höherer relativer Feuchtigkeit (> 80 %) zunehmende Hydrophilie, was eine hervorragende Auswaschbarkeit von Schmutzsubstanzen bedeutet. Durch den Einbau von Mikro- und/ oder Nanopartikeln in die Funktionsschicht bzw. in das Komposit sind responsive, selbstreinigende Oberflächen herzustellen.

  

[0046]    Sowohl in der beschriebenen als auch in der folgenden Anwendungsform sind Lotus-[17] und Petal-Effekt [18] Schicht intrinsisch vorhanden, wobei die Feuchtigkeit bzw. der korrespondierende Wassergehalt der Funktionsschicht der Trigger zur Schaltung der jeweiligen Funktion ist. Soil release Funktionsschichten, basierend auf diesem Prinzip, zeigen hohe Effektniveaus.

  

[0047]    Eine weitere Anwendungsform dieses Prinzips ist die eines Wasser- Kollektors. In diesem Fall wird beispielsweise das hydrophil dominierte Responsiv-Polymer auf mehrere um grosse Partikel (z.B. SiO2) immobilisiert und zusammen mit dem hydrophoben Membranpolymer und entsprechenden Dispergatoren in Wasser dispergiert. Durch die nach der Applikation erfolgende Trocknung tritt eine Phasenseparierung unter Ausbildung von hydrophilen Kondensationskeimen aus. Diese sind in der Lage, mit abnehmender Umgebungstemperatur auf der einen Seite (Oberseite) des Textilgutes Wasser aus der Gasphase zu sorbieren und als Flüssigphase durch die aufgrund der Phasenseparierung vorhandenen Brücken aus polaren Polymerassoziaten auf die Rückseite zu transportieren oder ebenfalls auf der Oberseite des Gewebes abfliessen zu lassen.

   Hier führt es zur Tropfenbildung und kann beispielsweise als Trinkwasser weiter verwendet werden. Mit steigender Temperatur wird das Responsiv-Polymer wieder dehydratisiert, unter Rückbildung der hydrophoben Domäne. Anwendungsbeispiele sind Camping, Bewässerung von Kulturen und die Verwendung als militärischen Überlebenskit.

  

[0048]    Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht mit zwei Funktionskomponenten, wobei die lipophile Funktionskomponente auf der responsiven Funktionskomponente sitzt und der Feuchtigkeitsgehalt den äusseren Stimulus bildet.

  

[0049]    Auf dem Substrat 3 befindet sich die zweite Funktionskomponente 2, die mit dem Substrat 3 lediglich an den zwei Stellen 10, 10 physikalisch-chemisch verbunden ist. Die zweite Funktionskomponente 2 besteht aus einer responsiven, polaren Polymerkomponente als Spacerschicht. Auf der responsiven Polymerkomponente ist hier die erste Funktionskomponente 1, nämlich eine hydrophile Komponente physikalischchemisch fixiert. Erste und zweite Funktionskomponenten 1, 2 bilden eine responsive Funktionsschicht 5, bzw. eine Ausrüstungsschicht, z.B. eine Soil release Funktionsschicht.

  

[0050]    Die responsive Funktionsschicht 5 ist bei einem geringen Feuchtigkeitsgehalt wasserabstossend, was mit den Wassermoleküle 4 und mit dem Pfeil 6 angedeutet ist. Allfällige Verschmutzungen 11 bzw. Schmutzpartikel bleiben auf der hydrophoben Oberfläche der Funktionsschicht 5 haften.

  

[0051]    Durch die Wasseraufnahme des responsiven Polymers und den vorzugsweise schwach alkalisch eingestellten pH-Wert tritt eine Quellung bzw. Streckung des Spacerpolymers 2 ein. In dessen Folge öffnet sich der Abstand der darauf fixierten ersten Funktionskomponente 1 bzw. der hydrophoben Ketten. Dadurch wird der Wasserzutritt ermöglicht, was die Wassermoleküle 4 und mit dem Pfeil 6 angedeutet ist. Damit wird der Reinigungseffekt der Funktionsschicht 5 und damit des Substrates 3 von allfälligen Verschmutzungen 11 ermöglicht, was mit einem Pfeil 12 angedeutet ist. Der äussere Stimulus ist der Feuchtigkeitsgehalt der Funktionsschicht 5, 5, der mit dem Waschprozess bzw. der Trocknung reversibel schaltbar bzw. getriggert wird. Dies ist wiederum mit dem Doppelpfeil 7 angedeutet.

  

[0052]    Die "Soil release" Funktion setzt sich aus zwei gegensätzlichen Funktionen zusammen. Es ist dies einerseits die Schmutz abweisende Funktion und andererseits die möglichst gute Auswaschbarkeit einmal verschmutzter Oberflächen. Das Prinzip zur Realisierung der beiden Funktionen besteht in der Anwendung eines hydrophoben Membran bildenden Polymers in Kombination mit einem hydrophil dominierten responsiven Polymer. Durch die Anwendung speziell modifizierter Zellulosederivate als Spacer-Polymer liegt dieses bei geringer Feuchtigkeit in geknäulter, mehr oder weniger ungequollen Form vor. Bei Anwesenheit von Wasser, beispielsweise während des Waschvorganges, ist durch vorhandene Fehlstellen in der Barriereschicht ein Wasserzutritt feststellbar, der eine erhebliche Quellung der Spacerschicht und damit auch eine Öffnung der Membranschicht zur Folge hat.

   Als Trigger zur Auslösung des responsiven Effektes dient in diesem Fall der erhöhte Wassergehalt der Spacerschicht.

  

[0053]    Die Spacerschicht ist nicht zwingend eine responsive Polymerschicht; so kann auch die mindestens eine erste Funktionskomponente als Spacerschicht ausgebildet sein, etwa als lipophile Funktionskomponente.

  

[0054]    Als Barriereschicht bildende Polymere werden vorzugsweise Fluorkarbonharze mit C4-C12 Ketten und als responsive Polymere Polyelektrolyte wie z.B. carboxylierte Polysaccharide und/oder Acrylsäurederivate angewendet. Die Einsatzmengen der Barriereschicht bildenden Verbindungen beträgt 0.1-3.0%, vorzugsweise 0.2-1.5% und die des responsiven Polymers 0.01-1.5%, vorzugsweise 0.1-1.0% des Wirkstoffes, bezogen auf das Trockengewicht des auszurüstenden Textilguts.

  

[0055]    Die responsive Eigenschaft eines entsprechenden Spacer-Polymers kann auch zur Erzielung einer hohen Öl- und Benzinabweisung von z.B. Schutzbekleidungen genutzt werden. Eine besondere Bedeutung besitzt die hohe Öl- und Benzinabweisung bei Schutzanzügen für die Polizei, Feuerwehr und das Militär, da bei entsprechenden Einsätzen die Brandgefahr die grösste Bedrohung ist. Während sich im ungequollene Spacer-Polymer einmal eingedrungenes Öl oder Benzin ungehindert verteilen kann, bildet das gequollene Spacerpolymer eine zweite, für Öl und Benzin nicht durchlässige Sperrschicht. Die Quellung der responsiven Spacer-Schicht erfolgt bereits durch die menschliche Transpiration, womit in diesem Fall die relative Luftfeuchtigkeit des körpernahen Klimas der Stimulus für die Ausbildung der gewünschten Funktion ist.

   Dieses Verhalten ist nach einer Trocknung des Schutzanzuges beliebig oft wiederholbar.

  

[0056]    Neben der Barriere bildenden und der responsiven Polymerkomponente enthält eine erfindungsgemässe Funktionsschicht weitere Ingredienzien und bildet damit ein Multifunktionskomposit.

  

[0057]    Vernetzer: Als Vernetzerwerden Formaldehydharze insbesondere Melamin und Ethylenharnstoffderivate wie z.B. Knittex FEL (Huntsman), freie und blockierte Isocyanate wie z.B. Phobol XAN (Huntsman), Aziridinverbindungen wie z.B. XAMA 7 (flevo chemie) und multifunktionelle Glycidylverbindungen wie z.B. Isobond GE 100 (Isochem) eingesetzt. Die massenmässigen Einsatzmengen variieren je nach Molekulargewicht und Reaktionsgruppengehalt des Vernetzers im Bereich von 0.05-1.5%, vorzugsweise von 0.1-0.5% der Wirksubstanz, bezogen auf das Trockengewicht des auszurüstenden Textilguts.

  

[0058]    Katalysatoren: Die Katalysatoren sind Reaktionssystem spezifisch auszuwählen. Im Fall von Formaldehydharzen aber auch beim Einsatz von Glycidylverbindungen werden Metallsalze und vorzugsweise Carbonsäuren eingesetzt. Typische Katalysatoren für Formaldehydharze sind Magnesiumchlorid, Aluminiumchlorhydrat, Zitronensäure und Weinsäure. Die Einsatzmengen für Metallsalze in der Flotte betragen 1 - 25 g/l, vorzugsweise 5-15 g/l. Die in den Flotten einzustellenden Säurekonzentrationen liegen im Bereich von 0.1-10 g/l, vorzugsweise 0.5-4 g/l.

  

[0059]    Beim Einsatz von Isocyanaten aber auch von Glycidylverbindungen gelangen Amine, bevorzugt tertiäre Amine wie z.B. 1,4-Diazabicyclo (2.2.2)octan (DABCO), Triethanolamin, 1,2-Dimethylimidazol und Benzyldimethylamin (BDMA) zur Anwendung. Die Einsatzmengen betragen 0.5-15 g/l, vorzugsweise 2-10 g/l.

  

[0060]    Mit den so beschriebenen Massnahmen wird eine neue Generation von Ausrüstungsverfahren realisiert, die entsprechend dem zugrunde liegenden bionischen Konzept zu einer verbesserten Feuchtigkeits- und Temperaturkontrolle durch körpernah getragene Textilien führt.

Beispiel 1: Soil Release Funktionsschicht.

  

[0061]    Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer Soil release Funktion auf Textilien, mit einer responsiv wirkenden Funktionskomponente, charakterisiert durch eine Abweisung hydrophiler und hydrophober Stoffe sowie durch eine gleichzeitig vorhandene gute Auswaschbarkeit allfälliger Schmutzreste.

  

[0062]    Zur Herstellung von Schmutz abweisenden Hemden wird auf ein Garn gefärbtes Mischgewebe mit einem Quadratmetergewicht von 120 g, bestehend aus 70% Polyester und 30% Baumwolle, eine Soil release Flotten-Formulierung appliziert. Es handelt sich dabei um eine responsive Funktionsschicht, die einerseits Wasser und Öl abweisend ist und andererseits im Rahmen eines Waschprozesses gereinigt werden kann. Der Stimulus zur Schaltung der jeweiligen Funktion (abweisen oder mobilisieren) ist der Feuchtigkeitsgehalt der Funktionsschicht. Während bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von ca. 8%, bezogen auf das Trockengewicht der Ausrüstungsschicht diese eine hohe Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung aufweist, tritt bei weiterer Erhöhung des Wassergehaltes (typischerweise in der Waschmaschine) eine starke Reduktion des abweisenden Charakters auf.

   Mit der Reduktion der Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung dominiert zunehmend der hydrophile Charakter der Funktionsschicht, wodurch die Schmutzentfernung wesentlich erleichtert wird. Die anschliessende Trocknung des Kleidungsstücks führt wieder zum ursprünglichen Zustand, mit der hohen Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung. Die Herstellung der Funktionsschicht erfolgt durch die Applikation einer alle Funktionskomponenten enthaltenden Flotte. Diese wird mittels eines Imprägnierprozesses mit einem Pick up von 65% auf das Gewebe appliziert. Durch die anschliessende Trocknung des Gewebes bei ca. 120[deg.]C und Kondensation bei 150[deg.]C wird die Funktionsschicht waschfest auf dem Gewebe fixiert. Die Flottenformulierung ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Tab. 1 Flottenformulierung

  

[0063]    
<tb>Flottenkomponente<sep>Funktion<sep>Firma<sep>Konz, g/l


  <tb>Soft Primer LFM<sep>Haftvermittler<sep>Soft chemicals<sep>10


  <tb>Knittex FEL<sep>Formaldehydharz<sep>Huntsman<sep>15


  <tb>Magnesiumchlorid<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>7


  <tb>Zitronensäure<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>1


  <tb>Oleophobol 7752<sep>Fluorkarbonharz<sep>Huntsman<sep>37


  <tb>Respond B<sep>Responsives Polymerkomposit<sep>HeiQ<sep>12


  <tb>Isopropanol<sep>Benetzungsmittel<sep>Fluka<sep>10

  

[0064]    Die nach der beschriebenen Methode ausgerüsteten Gewebe zeigen eine sehr gute Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung, charakterisiert durch die Kontaktwinkel mit Wasser und Heptan (Tab. 2), sowie durch die Bewertung der Schmutzentfernung nach einer Waschoperation bei 40[deg.]C (Tab. 3).

Tab. 2 Charakterisierung der Wasser- und Ölabweisung

  

[0065]    
<tb>I Gewebe feuchtigkeit<sep>Kontaktwinkel
ungewaschen<sep><sep>Kontaktwinkel
nach 10 Wäschen<sep>


  <tb><sep>Wasser<sep>Heptan<sep>Wasser<sep>Heptan


  <tb>< 8 %<sep>143[deg.]<sep>71[deg.]<sep>138[deg.]<sep>68[deg.]


  <tb>> 15 %<sep>63[deg.]<sep>< 0%<sep>62[deg.]<sep><= 0

Tab. 3 Bewertung der Schmutzentfernung

  

[0066]    
<tb><sep><sep>Reinigung<sep><sep>


  <tb>Verschmutzung mit:<sep>Wasser 20[deg.]C<sep><sep>Waschrprozess 40[deg.]C<sep>


  <tb><sep>Original<sep>10 * gewasch.<sep>Original<sep>10 * gewasch.


  <tb>Russsuspension<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Senfemulsion<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Ketchup<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Blut<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Salatdressing<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Kaffee 60 [deg.]C<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Aceto Balsamico<sep>5<sep>5<sep>5<sep>5

  

[0067]    Die Bewertungsskala umfasst die Noten 1-5. Note 1 entspricht einem nicht sichtbaren Reinigungseffekt und Note 5 bedeutet vollständige Entfernbarkeit. Note 4 ist gleichbedeutend mit kaum sichtbaren Rückständen (Schmutzentfernung > 95%). Anhand der Werte in den Tabellen 2 und 3 werden erfindungsgemäss die im trockenen Gewebezustand sehr gute Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung und im Nasszustand des Gewebes, die gute Reinigungsmöglichkeit des Gewebes durch das responsive Funktionsverhalten sowie die Waschbeständigkeit der Funktionsschicht demonstriert.

  

[0068]    Beispiel 2: Kombination der Soil Release mit einer antimikrobiellen Funktion. Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer multifunktionellen responsiven Funktionsschicht, die eine antimikrobielle Wirkung mit einer hydrophilen oder hydrophoben Funktion vereinigt, wobei die antimikrobielle Funktion durch einen äusseren Stimulus ein- und ausschaltbar ist.

  

[0069]    Um den hohen Funktionsstandard von Arbeitsbekleidung im Gesundheitswesen (Krankenhaus, Arztpraxen etc.) gerecht zu werden, ist das entsprechende Textilgut mit einer kombinierten Soil release/antimikrobiellen Funktion auszurüsten. Es handelt sich um ein Polyestergewebe mit einem Quadratmetergewicht von 160 g. Die Herstellung der Funktionsschicht erfolgt zweistufig. Im ersten Applikationsprozess wird das responsive und antimikrobielle Funktionskomposit appliziert (Tab. 4) und im zweiten Schritt erfolgt die Applikation der Membranschicht. Die Aufbringung der responsiv/antimikrobiell wirkenden Schicht erfolgt mittels eines Foulardprozesses (Tab. 5). Der resultierende Pick up beträgt 45%, bezogen auf das Trockengewicht des Gewebes.

   Der nach der Foulardierung erfolgende Trocknungsprozess wird so geführt, dass die resultierende Restfeuchtigkeit auf dem Gewebe nach diesem Verfahrensschritt, 20-25% beträgt.

  

[0070]    Im zweiten Schritt wird die Membranschicht ebenfalls mit einem Imprägnierungsprozess aufgebracht. Der Pick up der das Membrankomposit enthaltenden Flotte beträgt 30%. Die nachfolgende Trocknung wird bei 120[deg.]C durchgeführt, gefolgt vom Kondensationsprozess, mit einer Temperatureinstellung von 150[deg.]C.

Tab. 4 Flottenformulierung des ersten Applikationsschrittes (responsiv und antimikrobiell).

  

[0071]    
<tb>Flottenkomponente<sep>Funktion<sep>Firma<sep>Konz. g/l


  <tb>AGS-20 TF<sep>Silberpartikel-Komposit<sep>HeiQ<sep>40 g/l


  <tb>Lyofix CHN<sep>Formaldehdhaltiges Melaminharz<sep>Huntsman<sep>10 g/l


  <tb>Respond B<sep>Responsiv-Komposit<sep>HeiQ<sep>37 g/l


  <tb>Magnesiumchlorid<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>8 g/l


  <tb>Zitronensäure<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>1.5 g/l


  <tb>Wasser<sep>-<sep>-<sep>893.5


  <tb>2-Propanol<sep>Netzmittel<sep>Fluka<sep>10 g/l

Tab. 5 Flottenformulierung des zweiten Applikationsschritts (Membranformulierung)

  

[0072]    
<tb>Flottenkomponente<sep>Funktion<sep>Firma<sep>Konz, g/l


  <tb>HeiQ-Barrier<sep>Membran-Komposit<sep>HeiQ<sep>45.0


  <tb>PhoboIXAN<sep>Vernetzer<sep>Huntsman<sep>8.0


  <tb>Wasser<sep>-<sep>-<sep>988.0

Tab. 6 Charakterisierung der Wasser- und Ölabweisung

  

[0073]    
<tb>Wasser/ Isopropanol<sep>Kontaktwinkel ungewaschen<sep>Kontaktwinkel 50 * gewaschen


  <tb>100/0%<sep>142[deg.]<sep>97[deg.]


  <tb>90/10<sep>91[deg.]<sep>47[deg.]


  <tb>70/30<sep>47[deg.]<sep>19[deg.]


  <tb>50/50<sep>32[deg.]<sep>9[deg.]


  <tb>30/70<sep>19[deg.]<sep>< 0[deg.]


  <tb>0/100<sep>16[deg.]<sep>< 0[deg.]

Tab. 7 Bewertung der Schmutzentfernung

  

[0074]    
<tb><sep>Reingung<sep><sep><sep>


  <tb>Verschmutzung mit:<sep>Wasser 20[deg.]C<sep><sep>Waschprozess 40[deg.]C<sep>


  <tb><sep>Original<sep>10 * gewaschen<sep>Original<sep>10 * gewaschen


  <tb>Russsuspension<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Senfemulsion<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Ketchup<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Blut<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Salatdressing<sep>5<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Kaffee 60[deg.]C<sep>4<sep>4<sep>5<sep>5


  <tb>Aceto Balsamico<sep>5<sep>5<sep>5<sep>5

  

[0075]    Die beschriebene Ausrüstung zeigt aufgrund ihres responsiven Funktionsverhaltens im Trockenzustand des Gewebes eine waschresistente, hohe Wasser-, Öl- und Schmutzabweisung und im Nasszustand die hervorragende Auswaschbarkeit von Verschmutzungen sowie die erwünschte antimikrobielle Funktion nach fünfzig Wäschen bei 40[deg.]C. Die speziell in dieser Ausrüstung vorhandene gute Reinigungsmöglichkeit ist üblicherweise bei mit Fluorkarbonharzen hydrophobierten Geweben nicht gegeben. Die antimikrobielle Wirkung, die im polaren, responsiven Polymer lokalisiert ist, entfaltet sich mitzunehmendem Feuchtigkeitsgehalt. Im Wasserfreien oder Wasser armen Zustand der Funktionsschicht ist ein Bakterienbefall ohnehin kaum möglich.

   Die Schichtcharakterisierung erfolgt durch die Bestimmung der Kontaktwinkel mit Wasser/Alkohollösungen im ungewaschenen Zustand und nach 50 Wäschen (Tab. 6) sowie durch einen Anschmutztest mit verschiedenen Substanzen (Tab. 7).

  

[0076]    Beispiel 3: Feuchtigkeitstransport und Temperatur regulierende Ausrüstung. Dieses Beispiel betrifft eine responsive, ausrüstungsbasierte Funktionsschicht auf Textilien, die Schicht intrinsisch sowohl den Feuchtigkeitstransport als auch die Wärmeregulierung umfasst. Die heutigen Anforderungen an moderne Sportunterwäsche beinhalten neben dem angenehmen Tragegefühl, das im Wesentlichen vom Feuchtigkeitstransport bestimmt wird, auch die antimikrobielle Funktion. Eine zusätzlich erwünschte Funktion ist die Wärmeregulierung, die heute über das Fasermaterial und die Gewirkkonstruktion sowie allenfalls mit dem Einsatz von Phase-Change Materials (PCM) realisiert wird. Erfindungsgemäss wird in diesem Ausrüstungsbeispiel die Wärme regulierende Wirkung durch den Einsatz von einem Responsiv-Komposit erzielt.

   Ein Gewirk bestehend aus 80% Polyester, 15% Baumwolle und 5% Elastanfasermaterial wird einstufig mit einer die Funktionskomponenten enthaltenden Flottenformulierung imprägniert (Tab. 8). Durch die Applikation eines responsiv wirkenden Komposits dessen wasserspeichende Funktion durch die Temperatur geregelt wird, resultiert eine permanente Wärmeregulierung im Unterschied zu Phase-Change Materials.

  

[0077]    Die Flottenapplikation erfolgt mittels einer Foulard Passage mit anschliessender Quetschung, Trocknung des Gewebes und Kondensation zur waschpermanenten Fixierung der Funktionsschicht auf dem Textilgut. Der Flottenauftrag beträgt 72%. Die Trocknung wird bei 110-120[deg.]C und die Kondensation bei 150-160[deg.]C durchgeführt. Die Kriterien zur Bewertung der Funktionen sind der Kontaktwinkel mit Wasser, die antimikrobielle Wirkung und die Wasserspeicherung durch das responsive Komposit mit der damit verbundenen Wasserabgabe. Die Schichtcharakterisierung erfolgt im ungewaschenen Zustand sowie nach 10 Wäschen, die bei 40[deg.]C durchgeführt wurden (Tab. 9). Die Flottenformulierung ist nachfolgend aufgeführt.

Tab. 8 Flottenformulierung

  

[0078]    
<tb>Flottenkomponente<sep>Funktion<sep>Firma<sep>Konz. g/I


  <tb>Soft Primer LFM<sep>Haftvermittler<sep>Soft chemicals<sep>10


  <tb>Respond B<sep>Responsiv-Komposit<sep>HeiQ<sep>


  <tb>Knittex FEL<sep>Formaldehydharz<sep>Huntsman<sep>17


  <tb>Magnesiumchlorid<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>7


  <tb>Zitronensäure<sep>Katalysator<sep>Fluka<sep>1


  <tb>Softgard A<sep>Fluorkarbonharz<sep>Soft chemicals<sep>37


  <tb>Respond H<sep>Responsives Polymerkomposit<sep>HeiQ<sep>12


  <tb>Isopropanol<sep>Benetzungsmittel<sep>Fluka<sep>10


  <tb>Wasser<sep>-<sep>-<sep>

Tab. 9 Charakterisierung der Funktionsschicht im ungewaschenen Zustand und nach 10 Wäschen.

  

[0079]    
<tb>Kriterien<sep>Ungewaschen<sep>10 * gewaschen (40[deg.]C)


  <tb>Kontaktwinkel mit Wasser<sep>105[deg.]<sep>97[deg.]


  <tb>Bakterizider Test<(1)><sep>>= 3.0<sep>>= 3.0


  <tb>Wasserspeicherung 20[deg.]C<sep>22%<sep>26%


  <tb>Wasserspeicherung 35[deg.]C<sep>8%<sep>11%

(1) Test Methode: Japanese Industrial Standard JIS L 1902

  

[0080]    Die Werte der Tabelle 9 zeigen deutlich das mit steigender Temperatur abnehmende Wasserspeichervermögen der reponsiven Funktionsschicht und der damit einhergehenden zunehmenden Wasserverdunstung, die dem System Wärme entzieht. Erfindungs-gemäss ist dies auf das responsive Verhalten der Funktionsschicht zurückzuführen. Dies ist eine unmittelbare Folge der bei erhöhter Körpertemperatur eintretenden Dehydratation des responsiven Polymers.

  

[0081]    Der bakterielle Test zeigt, dass eine permanent hohe antimikrobielle Funktion vorhanden ist und somit eine Geruchsbildung auch bei starker Transpiration nicht gegeben ist. Der Kontaktwinkel mit Wasser liegt über 90[deg.], womit die Bildung einer nassen Schicht auf der Körperseite des Textils ausgeschlossen, jedoch der Wassertransport über die Gasphase ungehindert möglich ist. Durch die Kombination der drei Funktionen (Feuchtigkeitstransport, Wärmeregulierung, antimikrobieller Effekt) wird auch bei wechselnden Tragebedingungen auf dem Körper ein äusserst angenehmes Tragegefühl vermittelt.

  

[0082]    Die aufgeführten Beispiele sind vielfältig und in keiner Weise abschliessend. So kann die Erzielung einer stärkeren Ölabweisung im Vergleich mit heutigen, auf Fluorkarbonharz basierenden, Wasser- und Öl abweisenden Ausrüstungen, durch den Einsatz einer auf das Gesamtsystem responsiv wirkenden Komponente erfolgen, die ebenfalls mit einer antimikrobiellen Ausrüstung gekoppelt wird. Im Weiteren kann die Abweisung flüssiger und/oder als Aerosol vorhandener Schmutzstoffe bei gleichzeitiger Absorption gasförmig in das Substrat eingedrungener Geruchstoffe und deren Wiederauswaschbarkeit, basierend auf der responsiven Wirkung des Gesamtsystems erfolgen.

  

[0083]    Oder die Herstellung einer multifunktionellen, responsiven Funktionsschicht, die eine antistatische Wirkung mit einer hydrophilen oder hydrophoben Funktion vereinigt, wobei die antistatische Funktion durch einen äusseren Stimulus ein- und ausschaltbar ist.

  

[0084]    Verwendungen finden die erfindungsgemässen responsiven Funktionsschichten in Arbeits- und Schutzbekleidungen, wie z.B. im Krankenhaus, bei Feuerwehr, Polizei, Militär, Forstämtern und in der Lebensmitteltechnologie.

  

[0085]    Im Weiteren für Sportswear, z.B. Outdoor-Bekleidungen als Jacken, Hosen, Kopfbedeckungen, und als hautnah atmungsaktiv getragene Bekleidungsstücke wie Shirts, Hosen und Trainer. Ferner als Unterwäsche, z.B. Thermounterwäsche mit einem zusätzlichen antimikrobiellen Effekt.

  

[0086]    Weiter Verwendungen sind Tücher, Tischtücher, Zeltplanen, Folien, Bettwäsche oder eine Verwendung als Wasserkollektor.

Claims

1. Multifunktionelle responsive Funktionsschicht auf einem Substrat, einer festen Oberfläche, insbesondere Textilien, Papier und Kunststoffmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine erste und mindestens eine zweite Funktionskomponenten (1, 2) aufweist, wovon mindestens eine zweite Funktionskomponente (2) die chemisch-funktionelle und konstitutionelle Voraussetzung für ein responsives Verhalten bzw.

ein responsive Eigenschaft aufweist und damit durch einen äusseren Stimulus reversibel schaltbar ist, dass sich die mindestens zwei Funktionskomponenten (1, 2) in ihren intrinsisch vorgegebenen Eigenschaften unterscheiden, dass die in der Funktionsschicht ( 5, 5') vorliegenden Funktionskomponenten (1, 2) sich bezüglich ihrer Eigenschaften in der Funktionsschicht kooperativ verhalten und dass mindestens eine der Funktionskomponenten (1, 2) auf dem Substrat (3) physikalisch-chemisch verbunden vorliegt.

2. Funktionsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die responsive Eigenschaft der Funktionsschicht (5) erst durch die Kombination von mindestens einer ersten und zweiten Funktionskomponenten (1, 2) vorgegeben ist.

3. Funktionsschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten Funktionskomponenten (1) und eine der zweiten Funktionskomponenten (2) als Spacerschicht ausgebildet ist.

4. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Funktionskomponenten (1, 2) nebeneinander auf dem Substrat (3) vorliegen und dass durch den Entzug von Wasser eine Mischungslücke entsteht, die zur Bildung von Wasser transportierenden Polymerbrücken führt.

5. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch mechanische Kräfte im Bereich von 10<-><7> Newton (N) bis zu mehreren Newton (N), durch elektromagnetische Strahlung unterschiedlichster Spektralbereiche und deren Stärke schaltbar ist.

6. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch physikalische und/oder chemische, Schicht extrinsische Faktoren wie Temperatur, pH-Wert, elektrische Ladung, Feuchtigkeit, die lonenstärke einer Elektrolytlösung oder Polymeroberfläche schaltbar ist.

7. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Stimulus Stress, Temperatur, Öl- und Chemikalienkontakt ist.

8. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionskomponente (2) mit der responsiven Eigenschaft als Spacerschicht auf dem Substrat (3) physikalisch-chemisch verbunden vorliegt, dass an der zweiten Funktionskomponente (2) die erste Funktionskomponente (1) als hydrophobe Barriereschicht physikalisch-chemisch fixiert vorliegt, wodurch die Funktionsschicht (5) zwischen dem Substrat (3) und der ersten Funktionskomponente (1) einen Wasserspeicher bildet.

9. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Funktionskomponente (2) ein responsives Polymer aus der Gruppe der Polyethylenoxid- und Polypropylenoxid-Derivate sowie deren Copolymerisate oder aus der Gruppe der ethoxylierten und propoxylierten Polysaccharide, der Polyacrylamide oder Polyacrylate, der Polyelektrolyte insbesondere ionische Polysaccharide, Acrylamide oder Acrylate ist.

10. Funktionsschicht nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsatzmenge des responsiven Polymers 0.05 bis 2.0%, vorzugsweise 0.1 bis 1.0% der Wirksubstanz, bezogen auf das Trockengewicht des auszurüstenden Textilguts, beträgt.

11. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einbau von Nano- und/oder MikroPartikeln in die Funktionsschicht (5) diese einen Lotus-Effekt oder einen Petal-Effekt Schicht intrinsisch aufweist, wobei die Feuchtigkeit bzw. der entsprechende Wassergehalt der Funktionsschicht (5) den Trigger zur Schaltung der jeweiligen Funktion bzw. Eigenschaft bildet.

12. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Funktion Feuchtigkeitstransport, Wärmetransport, Soil release, Hydrophobie, Oleophobie oder eine Kombination davon ist.

13. Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionskomponente (2) einen antistatischen Effekt oder einen antimikrobiellen Effekt aufweist.

14. Verwendung der Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für Arbeits- und Schutzbekleidungen.

15. Verwendung der Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für Sportbekleidungen, Outdoor-Bekleidungen und Unterwäsche.

16. Verwendung der Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Wasserkollektor.

17. Verfahren zur Herstellung einer multifunktionellen responsiven Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Funktionskomponenten (1, 2) in einer einzigen Flotte vorgelegt und auf das Substrat (3) appliziert werden, dass das beaufschlagte Substrat in ein Trocknungsaggregat geführt wird, wo die Ausbildung der responsiven Funktionsschicht (5) erfolgt, dass diese physikalisch-chemisch auf dem Substrat fixiert wird und dass dadurch eine responsive Funktionsschicht (5) in einem einstufigen Vorgang erzeugt wird.

18. Verfahren zur Herstellung einer multifunktionellen responsiven Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Funktionskomponente (2) auf das Substrat (3) zweiseitig appliziert wird und eine responsive Spacerschicht bildet, dass danach die erste Funktionskomponente (1) zweiseitig aufgetragen wird, dass das zweistufig beaufschlagte Substrat in ein Trocknungsaggregat geführt wird, wo die Ausbildung der responsiven Funktionsschicht (5) erfolgt und diese physikalischchemisch auf dem Substrat fixiert wird und dass dadurch eine responsive Funktionsschicht (5) auf beiden Seiten des Substrates (3) in einem zweistufigen Vorgang erzeugt wird.

19. Verfahren zur Herstellung einer multifunktionellen responsiven Funktionsschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Funktionskomponente (2) auf das Substrat (3) zweiseitig appliziert wird und eine responsive Spacerschicht bildet, dass danach die erste Funktionskomponente (1) nur einseitig aufgetragen wird, dass das zweistufig beaufschlagte Substrat in ein Trocknungsaggregat geführt wird, wo die Ausbildung der responsiven Funktionsschicht (5) erfolgt und diese physikalisch-chemisch auf dem Substrat fixiert wird und dass dadurch eine responsive Funktionsschicht (5) auf nur einer Seite des Substrates (3) in einem zweistufigen Vorgang erzeugt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass den Funktionskomponenten (1, 2) Vernetzer und/oder Katalysatoren zugefügt werden, wodurch ein Multifunktionskomposit gebildet wird.