DE102006027503A1

DE102006027503A1 - Verfahren zur Herstellung von Textilien mit permanenten, hydrophoben Eigenschaften, die dennoch bedruckbar und beschichtungsfähig sind und mit weiteren Maßnahmen quervernetzt werden können

Info

Publication number: DE102006027503A1
Application number: DE102006027503A
Authority: DE
Inventors: Gernot K. Prof. Brueck Ph.D.; Walter Dürbaum
Original assignee: POLYMADE GES fur INNOVATIVE T; Polymade Gesellschaft fur Innovative Technische Textilien Mbh
Current assignee: POLYMADE GES fur INNOVATIVE T; Polymade Gesellschaft fur Innovative Technische Textilien Mbh
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-20

Abstract

Verfahren zur Herstellung von hydrophoben Textilien dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Fluorpolymergarnen als Multifilamenten hergestellt werden, wobei die Grundstoffe der Fasern eine Oberflächenspannung von unter 30 mN/m aufweisen.

Description

Stand der Technik
Um Textilien wasserabweisend einzustellen werden schon seit vielen Jahren Fluorkarbone eingesetzt. Diese Moleküle werden entweder in die Fasern eingespült oder im besten Fall über eine Acrylgruppe an die Fasern angeheftet. Ähnliches ist auch möglich mit Silikonverbindungen.
Solche Fluorkarbonausrüstungen sind weit verbreitet, womit hierdurch die meisten Spezialtextilien im Markt hydrophob eingestellt sind.
Statt eine Anlagerungen von einzelnen Molekülen ist neuerdings auch eine Mikrobeschichtung der Fasern mit einem flüssigen Fluorpolymer mit geringer Oberflächenspannung möglich. Hierbei bildet der Feststoffgehalt der Beschichtungsflüssigkeit eine schlauchförmige Umhüllung der Faser, womit dann aber die Oberflächenspannung des Spezialpolymers zur Wirkung kommt.
Häufiger werden auch Materialien angeboten, die mit nicht genauer spezifizierten „Nanopartikeln" belegt sein sollen, wodurch auch eine hydrophobe Einstellung des Gewebes erzielt wird. Wenn man bedenkt, dass es sich bei den Fluorkarbonen um einzelne Molekülketten von ca. 10 bis 20 nm handelt, dann gilt auch dafür die Begrifflichkeit „Nano".
Soll das Textil nicht nur atmungsaktiv sein, sondern bis zu einem gewissen Grad auch wasserdicht, so lässt sich dies zur Zeit mittels eines dreilagigen Aufbaus des Textils realisieren. Hierbei wird zwischen zwei Geweben eine Folie eingezogen, welche die Aufgabe der Wassersperre übernimmt.
Bekannt ist das Verfahren der Fa. Gore, die als Sperrschicht eine überstreckte PTFE Folie verwenden. Durch die biaxiale Streckung werden die Gefügeschwachstellen der gesinterten PTFE Folie zwischen den Kristalliten aufgezogen, wobei dann die entstehende Perforierung abhängt vom Überstreckungsverhältnis ist.
Da das PTFE auch eine sehr niedrige Oberflächenspannung aufweist, stellen Öffnungen auch von ca. 1–10 μm eine ausreichende Wassersperre da.
Ähnliches wird mit überstrecktem PE durchgeführt, wobei hier die höhere Oberflächenspannung von ca. 36 mN/m – gegenüber ca. 22 mN/m beim PTFE – zu beachten ist.
Eine neuere Folie ist absolutwasserdicht, da der Feuchtigkeitstransport durch die Kunststoffmatrix hindurch erfolgt und nicht durch Öffnungen.
Probleme
Die Güte einer Hydrophobierung lässt sich aus ihrer Permanenz beurteilen. Bei allen Textilien die getragen werden ergibt sich diese dann daraus, wie viele Wasch- oder Reinigungszyklen überstanden werden.
In den meisten Fällen lässt die Wasserabweisung nach 10 Wäschen schon deutlich nach oder auch schon nach 5 chemischen Reinigungen.
Nur sehr wenige Ausrüstungen zeigen eine bessere Permanenz, wobei aber eine Abnahme der wasserabweisenden Wirkung nach Wäschen immer beobachtet werden kann.
Noch deutlicher ist der Verlust der hydrophoben Einstellungen bei Textilien im Außeneinsatz zu beobachten. Hier ist es nicht die Einspülung der Waschlaugen ins Gewebe und die mechanische Beanspruchung durch den Waschvorgang, sondern die UV Strahlung der Sonne. Hierdurch werden die Acrylanknüpfungen der Fluorkarbone an den Fasern aufgebrochen, womit dann die abgetrennten FC Moleküle herausgespült werden können. Damit sind z.B. Markisenstoffen je nach Anzahl Sonnenstunden bereits nach 1 bis 2 Jahren ohne die wasser- und schmutzabweisende Wirkung.
Bei dem mehrlagigen Textilaufbau gibt es diverse Punkte, welche die angebotene Wirkung zunichte machen.
Da die freie Einlagerung der Sperrfolie wesentlich ist für die Funktion des Gesamtaufbaus, ergibt sich damit eine hohe Verletzungsgefahr für die sehr instabile Folie.
Wird dagegen diese Sperrfolie eingeklebt – wie dies bei diversen Produkten beobachtet werden kann – dann ist natürlich die Folie selber gesichert, aber die Funktion der Atmungsaktivität absolut konterkariert, da die Poren zugeklebt sind.
Aber auch wenn der Sandwichaufbau korrekt erfolgte, darf die Außentextile nicht nass werden. Trocken bleibt diese aber nur durch eine entsprechende Fluorkarbonausrüstung. Ist die wasserabweisende Wirkung wegen Wäschen oder UV-Einstrahlung nicht mehr vorhanden, so wird das Außenmaterial nass und stellt dann eine Sperre bzgl. der Atmungsaktivität dar, da der geschlossene Wasserfilm weitgehend luftdicht ist. Damit ist dieser Aufbau nur eine Unterstützung der wasserabweisenden Wirkung der Außentextile und wird im gleichen Maße unwirksam, wie auch die Außentextile ihre hydrophobe Einstellung verliert.
Aber auch der Sandwichaufbau birgt Probleme schon bei der Fertigung der Artikel, insbesondere da die Nähte – sofern sie durch die Folie gehen – nicht wasserdicht sind. Aber auch kommerziell ergibt sich ein Nachteil durch den recht teuren Aufbau.
Problemlösung
Eine ideale hydrophobe Textilie ist dann gegeben, wenn die wasserabweisende Wirkung nie nachlässt, sondern während der gesamten Lebensdauer des Gewebes in gleichem Maße gegeben ist.
Ein Bekleidungsstück aus einem solchen Textil kann durch Regen nie nass werden. Wird die Webung so dicht, dass nur noch Gewebeöffnungen von <= 10 μm gegeben sind, dann wäre ein solches Material auch weitgehend wasserdicht, ohne die Atmungsaktivität zu verlieren.
Wenn dieses Gewebe auch noch ausreichend stabil ist, dann kann der aufwendigen Sandwichaufbau entfallen, womit sich ein erheblicher kommerzieller Vorteil ergeben kann.
Wichtig für die weitere Verwendung solcher Textilien zumindest als Bekleidungsstoff oder auch im dekorativen technischen Einsatz ist die Möglichkeit diese zu bedrucken, ohne dass sich die Eigenschaften verändern oder auch diese zu beschichten, sofern eine 100%ige Barriere erreicht werden soll.
Die erfindungsgemäße Textilie aus speziellen Multifilamentgarnen welche eine echt dauerhaft niedrige Oberflächenspannung aufweisen
Aufgabe ist es ein Textil zu produzieren, welches eine dauerhafte hydrophobe Einstellung hat. Dies lässt sich entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreichen, dass dieses aus Garnen gewebt wird, welche für sich bereits eine sehr niedrige Oberflächenspannung aufweisen.
Um feine Gewebe herstellen zu können, muss es sich bei diesen Garnen um Multifilamentgarnen handeln. Je geringer der Titer resp. der Durchmesser der einzelnen Filamente ist, um so besser lassen sich hieraus weiche und gut zu tragende Bekleidungsstücke oder Gebrauchstextilien erstellen. Ideal wären Mikrofasern daraus mit einem Titer von ca. 1 dtex.
Die Garne können sowohl aus Endlosfasern als auch aus Stapelfasern bestehen und dies glatt, verzwirnt oder auch texturiert.
Auch lassen feinen Garne eine sehr dichte Webung zu, womit definierte Gewebeöffnungen von < 10 μm möglich sind.
Solche Garne müssen entweder aus Fluorpolymeren bestehen, die aus ihrem molekularen Aufbau heraus eine Oberflächenspannung von ca. 20 mN/m aufweisen oder aus Fluorpolymeren, welche durch Additive auf solche niedrigen Oberflächenspannungen gebracht werden oder aus anderen Materialien, auf welchen sich Fluorpolymerüberzüge auftragen lassen, die eine chemische Bindung zum Kernmaterial haben.
Als Fluorpolymere mit sehr niedriger Oberflächenspannung kommen ETFE und PFA in Frage, da deren Werte denen von PTFE gleichkommen.
Eine andere Vorgehensweise ist die Einarbeitung von geeigneten Molekülen direkt in die Matrix z.B. von PVDF. Hierdurch kann der mittlere PVDF Wert der Oberflächenspannung von ca. 30 mN/m auf unter 20 mN/m gebracht werden.
Möglich ist auch die Faserbeschichtung mit einem geeigneten Fluorpolymerüberzug, der z.B. über Isocyanatbindungen an das Kernmaterial chemisch angebunden wird.
Ein solcher Fluorpolymerüberzug kann entweder auf den einzelnen Filamenten oder auf dem fertigen Garn erfolgen, aber auch als Mikrobeschichtung des fertigen Tuchs aufgebracht werden.
Die letzte Variante ist zwar das preisgünstigste Verfahren, führt aber zu einer Versteifung des Gewebes, da die Gewebeknoten ebenfalls beschichtet sind, womit die Bewegungsfreiheit des Garns im Gewebe einschränkt ist.
Für Bekleidungsstücke und auch manche technischen Textilien wird immer der Einsatz von fertigen Garnen zu bevorzugen sein. Auch werden durch den Einsatz eines geeigneten Fluorpolymers für die gesamte Faser die Filamentverklebungen vermieden und damit eine höhere Flexibilität der Garne und damit der Gewebe sichergestellt.
Weiterhin gewährleistet eine durchgängige Oberflächenspannung des eingesetzten Polymers, dass es an beschädigten Filamenten nicht zu Veränderungen der Oberflächenspannung des Textils kommt, wogegen der Mantelauftrag eine preisgünstige Variante sein kann, wenn die Belastung des Bekleidungsstücks in Grenzen bleibt.
Ob als Fasermaterial PFA resp. ETFE eingesetzt wird oder eher das leichter zu verarbeitende, modifizierte PVDF hängt davon ab, welche Festigkeiten gefordert werden. Auch die maschinellen Voraussetzungen limitieren den Einsatz von Polymeren. Da das PFA einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, müssen die Anlagen nicht nur diese Temperaturen erzeugen können, sondern auch korrosionsgeschützt sein, da der Arbeitspunkt nahe am Desintegrationspunkt liegt und damit latent HF vorhanden ist.
Da es mittlerweile ETFE Typen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt gibt, könnte sich dies gut für hochfeste Garne eignen, sofern die Oberflächenspannung des Polymers unter 25 mN/m liegt.
Da PVDF immer modifiziert werden muss, kann dies über entsprechend hochgefüllten Masterbatche geschehen.
Mit allen dargestellten, erfindungsgemäßen Verfahren entstehen Tücher resp. textile Strukturen, die eine sehr niedrige Oberflächenspannung aufweisen, welche per Definition permanent ist.
Bei der richtigen Auswahl der eingesetzten Fluorpolymere kann auch die spätere Bedruckung oder auch Beschichtung gewährleistet werden, ohne dass sich die wasserabweisende Eigenschaft verändert.
Dies ist besonders dann notwendig, wenn z.B. für Militärbekleidung eine Camouflagebedruckung notwendig ist.
Eine höhere Temperaturstabilität kann entweder durch ein geeignetes Grundpolymer, wie z.B. PFA sichergestellt werden oder mittels einer physikalische Quervernetzung des gesamten Materials nach der Fertigstellung z.B. der Bekleidung einschließlich der Färbung oder Bedruckung.
Natürlich können die erfindungsgemäßen Garne auch spinngefärbt werden, da sich hierdurch ihre Eigenschaft als hydrophobes Garn nicht verändert.
Auch lassen sich Gewebe herstellen, die sowohl aus Monofilen bestehen als auch aus den dazu passenden Multifilamentgarnen.
Weiterhin lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Textil und einem hydrophilen Gewebe auch ein Sandwich aufbauen, welcher z.B. ideal für sportliche Fußbekleidung geeignet wäre. Der Schweiß wird vom hydrophilen Teil aufgenommen und durch die Öffnungen des quasi wasserdichten, erfindungsgemäßen Gewebes nach außen transportiert.
Anhand der 1. bis 5. wird das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen gezeigt, wobei die folgenden Einzelheiten dargestellt werden:
In 1. liegt auf der Oberfläche 1 ein Wassertropfen 2. Die Oberflächenspannung ergibt sich aus dem Randwinkel 3. Dieser muss bei einer hydrophoben Oberfläche deutlich größer als 90° sein.
In 2. ist eine Reihe von Filamenten 4 dargestellt auf welcher auch ein Wassertropfen 5 liegt. Hier ist dann deutlich erkennbar, dass die Auflagefläche 6 erheblich reduziert ist, da der Tropfen nur auf Teilen der Oberfläche aufliegt. Je geringer die Oberflächenspannung der Filamente ist, umso geringer ist die Auflagefläche. Auch ist dabei zu erkennen, dass das Wasser daher nicht zwischen die Filamente eindringen kann und nur durch einen Druck auf den Tropfen die Wasserabweisung überwunden werden kann.
In 3. ist der Querschnitt eines Filaments zu erkennen, wobei der Kern 7 von einem Beschichtungspolymer 8 umgeben ist. Dieses Beschichtungspolymer hat dann die hydrophobe Einstellung.
In 4. ist das gleiche Filament dargestellt, wobei aber die Beschichtung 9 durch eine mechanische Beanspruchung verletzt ist und dann das Kernmaterial 10 dort die Oberfläche bildet. Da dieses dann aber nicht die ausreichend niedrige Oberflächenspannung aufweist, könnte an solchen Verletzungsstellen das Wasser in das Textil eindringen.
In 5. ist dann ein Querschnitt eines Filaments dargestellt, wobei der gleiche Werkstoff in der gesamten Querschnittsfläche zu sehen ist, wie 6 zeigt. Eine Beschädigung einer solchen Faser hat keinen Einfluss auf das Textil, da die sich die Oberflächenspannung nicht verändern kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung von hydrophoben Textilien dadurch gekennzeichnet, dass diese aus Fluorpolymergarnen als Multifilamenten hergestellt werden, wobei die Grundstoffe der Fasern eine Oberflächenspannung von unter 30 mN/m aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Garne aus PFA oder ETFE hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Garne aus PVDF hergestellt werden, wobei das PVDF durch geeignete Additive in seiner Oberflächenspannung auf Werte von ca. 25 mN/m gebracht werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die für die Oberflächenspannungsmodifikation benötigten Additive konzentriert in einem Masterbatch eingebracht werden und dieses beim Spinnen dem Normal-PVDF zugesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentkerne der Garne mittels der Beschichtung mit einem geeigneten Fluorpolymer mit geringer Oberflächenspannung umhüllt werden und diese Beschichtung chemisch an das Kernmaterial gebunden ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen wirksamen Fluorpolymer des Garnmaterials mittels geeigneter and angepasste Farben bedruckbar sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenspannung des Farbmaterials weitgehend identisch zu der des Garnes ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass mittels der erfindungsgemäßen Garne eine solch enge Webung erzeugt wird und die Gewebeöffnungen so gering sind, als z.B. <= 10 μm, dass ein quasi wasserdichtes Material entsteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein Textil mit aus den erfindungsgemäßen Garnen auch so beschichtet werden kann, dass dieses Gewebe als Barriere absolut gasdicht resp. dampfdicht ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das fertige Textil oder Garn mittels geeigneter Verfahren quervernetzt wird und damit eine höhere Temperaturstabilität erzielt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Quervernetzung über die Bestrahlung mit Beta- oder Gamma-Strahlung erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das fertige Gewebe mit einem geeigneten Fluorpolymer mikrobeschichtet wird, dass einerseits die niedrige Oberflächenspannung gegeben ist und andererseits das Beschichtungsflorpolymer chemisch an die Fasern des Gewebes gebunden sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe aus einer Mischung von Monofilen und den erfindungsgemäßen Multifilamentgarnen besteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Sandwich zusammen mit einem hydrophilen Gewebe aufgebaut wird, welches die Schweißaufnahme sicherstellt.