WO2007099141A2 - Unbenetzbare oberflächen - Google Patents

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WO2007099141A2
WO2007099141A2 PCT/EP2007/051938 EP2007051938W WO2007099141A2 WO 2007099141 A2 WO2007099141 A2 WO 2007099141A2 EP 2007051938 W EP2007051938 W EP 2007051938W WO 2007099141 A2 WO2007099141 A2 WO 2007099141A2
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filaments
filament
length
textile
article
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Wilhelm Barthlott
Zdenek Cerman
Andreas Scherrieble
Thomas Stegmaier
Boris Striffler
Volkmar Von Arnim
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Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Institut für Textil- und Verfahrenstechnik
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Priority to US12/224,578 priority patent/US20090304983A1/en
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    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B17/00—Methods preventing fouling
    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B17/00—Methods preventing fouling
    • B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
    • B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
    • B08B17/065—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement the surface having a microscopic surface pattern to achieve the same effect as a lotus flower
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C59/022—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing characterised by the disposition or the configuration, e.g. dimensions, of the embossments or the shaping tools therefor
    • B29C59/025—Fibrous surfaces with piles or similar fibres substantially perpendicular to the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/046—Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with synthetic macromolecular fibrous material
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements
    • D06M10/02—Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements ultrasonic or sonic; Corona discharge
    • D06M10/025—Corona discharge or low temperature plasma
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
    • D06M23/08—Processes in which the treating agent is applied in powder or granular form
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/23907—Pile or nap type surface or component
    • Y10T428/23957—Particular shape or structure of pile

Definitions

  • the present invention relates to nonwettable surfaces, processes for their preparation and their use.
  • WO 96/04123 relates to self-cleaning surfaces of articles with protrusions of hydrophobized material. Impurities deposited on such surfaces can be removed by agitated water.
  • Such surfaces are of interest in applications in which surfaces are in contact with contaminants, for example from the air, and may be cleaned by occasional contact with water, such as rain. Such surfaces have contact angles of more than 130 ° with water, as studies have shown. The spherically forming drops are unable to wet the surface.
  • WO 2005/005679 relates to nanofibers and structures comprising nanofibers and their use.
  • the object of the invention was to provide such surfaces.
  • the object is achieved by an object with a surface having the following features: Filaments having a length of 30 to 6000 ⁇ m, a diameter to length ratio of between 1:10 and 1:20 and bound to the surface with at least one face,
  • the filaments have an elasticity of 10 4 to 10 10 N / m 2
  • the surface of the filament is hydrophobic, so that the contact angle between a filament and water is greater than 100 °.
  • an article is provided with a surface.
  • a filament is any elongated structure, regardless of which material has the required properties.
  • the term "filament” is used for any type of structure having ends. Length and diameter result from the further definition in the claims.
  • the word "filament” for this application is synonymous with those used in the textile field "fiber” or "hair”.
  • a filament in the sense of this application is also a longer structure bound to a surface with two or more points. The area between two contact points then defines the length of the filament in the sense of this application.
  • a filament in the sense of the textile industry is meant, ie consisting of long fibers structures whose length is limited only by the Aufwickellois a sink, the term “textile filament” is used.
  • Such textile filaments are many meters long.
  • the ratio of diameter to length is between 1:10 and 1:20, preferably 1:12 to 1:18.
  • Suitable lengths are in the range from 30 to 6,000 ⁇ m, preferably 50 to 1,000 ⁇ m, more preferably 50 up to 200 ⁇ m and 1000-3000 ⁇ m.
  • the filaments have two end faces, which are located at the end of the filaments.
  • exactly one end face is bonded to the surface.
  • both end faces are bonded, so that the filament forms a loop on the surface.
  • Mixed forms are also possible in which filaments occur which are bound to one end face and also present filaments which are bound with both end faces.
  • the diameters of filaments can be measured, for example, by means of scanning electron microscopy.
  • the diameter in the middle of the filament (50% of the length) is taken as the basis.
  • the filaments are located on the surface at a distance, with the ratio of distance to length of the filaments (distance: length) between - A -
  • an adjacent filament is in the range of 2,000 to 600 ⁇ m.
  • the ratio may also be in the range of 1: 3 to 1: 30.
  • the elasticity of the filaments is in the range of 10 4 to 10 10 N / m 2 .
  • the elasticity allows a deflection of the filaments. Preferred ranges are between 10 6 and 10 8 N / m 2 .
  • the bending modulus is in this area.
  • the surface of the filament must be hydrophobic, so that the contact angle between a filament and water is greater than 100 °. This can be measured, for example, by means of an inverted microscope and ultrasound transmission, as described in Suter et al., Journal of Arachnology, 32 (2004), pages 11 to 21.
  • the contact angle is more than 110 °.
  • the hydrophobicity can also be measured macroscopically.
  • Inventive materials preferably have macroscopic contact angles of more than 140 °.
  • Such surfaces of the invention are surprisingly capable of entrapping air in the structures such that it is not displaced by water; The surfaces are therefore unwettable.
  • the elasticity of the filaments is important, as it allows it to hold the air even in currents. Movements of the water can be elastically absorbed by the filaments.
  • the filament itself has a structure comprising bumps having a height of 20 nanometers to 10 microns. Preferably, the elevations are smaller than 10% of the diameter of the filament.
  • Preferred embodiments of this invention are unwetted upon contact with water. Unoccupied means that when the surface is completely submerged in water at a depth of 15 cm for 48 hours after the object has appeared, at least 97% of the surface is dry after macroscopic examination.
  • the invention also provides a method for producing corresponding articles with the steps
  • the filaments have an elasticity of 10 4 to 10 10 N / m 2
  • the surface of the filament is hydrophobic, so that the contact angle between a filament and water is greater than 100 °.
  • Textiles or textile production processes are particularly suitable for the production of corresponding surfaces.
  • Suitable surfaces can be obtained by textiles in which textile filaments that shorten in the thermofixing process (“shortening textile filaments”) are combined with textile filaments that do not or only slightly change in length during the thermofixing process. It is also It is possible to combine shortening textile filaments with textile filaments that extend in the thermofixing process.
  • the heat-setting process here means a treatment at 150 ° C. for 5 minutes. In the textile sector, other conditions are also used for thermosetting.
  • Textiles made therefrom tend to contract somewhat as a result of the shortening yarns, while the yarns which are not or only slightly variable in length or the elongating yarns form loops or bows on the surface.
  • terry yarns chenille or caterpillar yarn, coregarn, yarn of different materials, bicomponent yarns in which the casing has a lengthening behavior during the heat setting process or in which the core has a shrinkage behavior which is stronger than that of the casing , whereby a cavity between the core and shell is formed, which is available for the air inclusion.
  • fabrics, knits, knitted fabrics, nonwovens, braids, flocked surfaces are suitable, in particular also two-layered goods such as spacer fabrics, spacer fabrics and knitted spacer fabrics. It is also possible to achieve loops or loops by a terry cloth based on a fabric, knit or knitted fabric. After a thermofixing process, the loops can also be cut open to obtain unilaterally bonded filaments.
  • pile fabrics such as velvet or plush or warp or weft, in the designs smooth (velvet) or with ribs (corduroy), plush and fur imitations based on knitted or knitted fabric, tufted goods.
  • Projecting fibers can also be realized on a basic product that already has yarn loops.
  • spacer textiles are used.
  • This can be used for the supply of air.
  • air exits through the upper layer from the intermediate region and thus provides new air cushion. This could be supported by a slight overpressure between the layers.
  • Suitable materials are those with which hydrophobic coatings in the textile sector can be achieved, for example based on fluorocarbon, wax-like substances, substances based on silicone, etc.
  • the articles of the invention can be used to make swimwear that remains dry. In the field of competitive swimwear, this could also reduce contribute to the flow resistance. Here it is also possible to achieve an overpressure between two layers of a spacer fabric by the confection of the swimsuit.
  • the materials according to the invention are also suitable for lining pipes to reduce the flow resistance. It is also possible to use such surfaces on ship hulls. In particular, together with measures for renewal of the air layers can thus reduce the flow resistance.
  • microreplic methods Another possibility for producing corresponding structures are so-called microreplic methods.
  • the surface of a material which has corresponding properties is converted by means of an impression material into a negative.
  • This mold can then be used to produce corresponding surfaces by means of a liquid plastic, for example a synthetic resin varnish.
  • FIG. 1 shows by way of example filaments on a surface.
  • Figure 2 shows the magnification II of a filament with structures.
  • the filaments have filament-like structures.
  • FIG. 3 shows the enlargement III of a filament with structures.
  • the filaments have particles on the surface.
  • FIG. 4 shows the enlargement IV of a filament with structures.
  • the filaments have grooves, which cause the non-grooved areas remain as elevations.
  • FIG. 5 shows a scanning electron micrograph of a textile of shortening and lengthening textile filaments. 1 cm of the receptacle corresponds to 120 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows a textile filament with several contact points on the surface.
  • the length of the filaments according to the invention results from the textile filament between two contact points.
  • a multifilament yarn consisting of polyester fibers of an elongating and a shortening component was woven as a plain weave. This was followed by a thermal treatment, which led to the formation of loops. This was followed by a coating of the fabric.
  • the coating consisted of a fluorocarbon-containing compound in combination with nanoparticles based on Al 2 O 3 or SiO 2 .
  • An aqueous formulation of these components was used to soak the tissue herein. Excess material was removed by squeezing. This was followed by a drying step at about 150 ° Celsius.
  • a basis weight application was achieved, depending on the concentration of the coating agent, of from 0.1 to 3.0% by weight.
  • Corresponding textiles after drying showed that they remained virtually unwetted during 48 hours immersion in water (depth 15 cm). When removing macroscopically no wetting of the material could be detected.
  • Two-component silicone impression material e.g., President Light Body, Coltene, Switzerland
  • water fern Salvinia natans
  • water-lettuce Pistia stratiotes
  • the flexible and rubbery negative is removed.
  • the negative is cut to a rectangular shape and this procedure is repeated several times.
  • the negatives are strung together in a form to reach a larger area.
  • slight pressure is exerted on the negatives on all sides.
  • the resulting negative mold is poured out with acrylic varnish. If a polymer with high hydrophobicity is used, no further hydrophobization of the replica is necessary, otherwise the replica must be subsequently added, e.g. with Antispread F 2/50 FK 60 (Dr. Tilwich, Horb, Germany).
  • Example 2 Several negative molds as obtained in Example 2 were assembled into a roll. A UV-curable varnish was fed to the roll in roll width and structured by means of the roll thus produced.
  • a silicone surface e.g., PDMS
  • a photomask positive lift-off photoresist
  • the photomask is stripped off and the remaining gold platelets act as a mask.
  • the latter protect the underlying silicone layer from the subsequent subsequent plasma etching (reactive ion etching), whereby the filaments are etched out of the silicone. If there is insufficient hydrophobicity, subsequent hydrophobization is e.g. with Antispread F 2/50 FK 60 (Dr. Tilwich, Horb, Germany) necessary.

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Abstract

Gegenstand mit einer Oberfläche, die Filamente aufweist, die eine Länge von 30 bis 6000 µm, ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1 : 10 und 1 : 20 haben und mit mindestens einer Stirnseite an die Oberfläche gebunden sind, wobei der Abstand zwischen zwei Filamenten auf der Oberfläche so ist, dass das Verhältnis von Abstand zur Länge der Filamente zwischen 1 : 3 und 1 : 10 liegt, die Filamente eine Elastizität von 104 bis 1010 N/m2 aufweisen die Oberfläche des Filaments hydrophob ist, sodass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist.

Description

Unbenetzbare Oberflächen
Die vorliegende Erfindung betrifft unbenetzbare Oberflächen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.
WO 96/04123 betrifft selbstreinigende Oberflächen von Gegenständen mit Erhebungen hydrophobierten Materials. Auf solchen Oberflächen abgelagerte Verunreinigungen können durch bewegtes Wasser entfernt werden.
Solche Oberflächen sind in Einsatzbereichen interessant, in denen Oberflächen in Kontakt mit Verschmutzungen, beispielsweise aus der Luft stehen und durch gelegentlichen Kontakt mit Wasser, beispielsweise Regen, gereinigt werden können. Solche Oberflächen weisen - wie sich durch Untersuchungen ergeben haben - Kontaktwinkel von über 130° mit Wasser auf. Die sich kugelförmig ausbildenden Tropfen sind nicht in der Lage, die Oberfläche zu benetzen.
US 2005/0061221 beschreibt das Problem der Reduzierung des Reibungswiderstandes bei einer Relativbewegung zwischen einer festen Oberfläche und einer Flüssigkeit. Beschrieben ist hierfür eine hierarchische, fraktale Struktur. Ausführungsbeispiele sind nicht beschrieben.
WO 2005/005679 betrifft Nanofasern und Strukturen, die Nanofasern umfassen, sowie ihre Verwendung.
Trotzdem bleibt ein Wunsch nach Oberflächen, die durch Wasser unbenetzbar sind, d.h. nach Kontakt mit Wasser nicht nass sind. Solche sind geeignet, den Reibungswiderstand zwischen Wasser und der Oberfläche zu reduzieren und haben auch sonst Eigenschaften, die technologisch wünschenswert sind, wie Thermoisolation oder Vermeidung von Biofouling.
Aufgabe der Erfindung war es, solche Oberflächen zur Verfügung zu stellen.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen Gegenstand mit einer Oberfläche mit folgenden Merkmalen : • Filamenten, die eine Länge von 30 bis 6000 μm, ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1 : 10 und 1 : 20 haben und mit mindestens einer Stirnseite an die Oberfläche gebunden sind,
• wobei der Abstand zwischen zwei Filamenten auf der Oberfläche so ist, dass das Verhältnis von Abstand zur Länge der Filamente zwischen 1 : 3 und 1 : 10 ist
• die Filamente eine Elastizität von 104 bis 1010 N/m2 aufweisen
• die Oberfläche des Filaments hydrophob ist, sodass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist.
Erfindungsgemäß wird also ein Gegenstand mit einer Oberfläche bereitgestellt.
Ein Filament im Sinne dieser Anmeldung ist jedes längliche Gebilde, gleich welchen Materials, das die geforderten Eigenschaften aufweist. Im Textilbe- reich wird unterschieden zwischen abstehenden Haaren, abstehenden Fasern und Filamenten, die eine sehr große Länge haben. Im Sinne dieser Anmeldung wird der Begriff "Filament" jedoch für jede Art Struktur verwendet, die Enden aufweist. Länge und Durchmesser ergeben sich durch die weitere Definition in den Patentansprüchen. Das Wort "Filament" ist für diese Anmeldung gleichbe- deutend mit denen im textilen Bereich verwendeten Begriffen "Faser" oder "Haar". Ein Filament im Sinne dieser Anmeldung ist auch eine längere Struktur, die mit zwei oder mehr Punkten an eine Oberfläche gebunden ist. Der Bereich zwischen zwei Kontaktpunkten definiert dann im Sinne dieser Anmeldung die Länge des Filamentes.
Soweit in diesem Anmeldungstext ein Filament im Sinne der Textilindustrie gemeint ist, d.h. aus langen Fasern bestehende Strukturen, deren Länge nur durch das Aufwickelvermögen einer Spüle beschränkt ist, wird der Begriff "Textilfilament" verwendet. Solche Textilfilamente sind viele Meter lang. An der erfindungsgemäßen Oberfläche befinden sich Filamente, die eine größere Länge als Durchmesser haben. Das Verhältnis von Durchmesser zu Länge (Durchmesser: Länge) liegt zwischen 1 : 10 und 1 : 20, bevorzugt 1 : 12 zu 1 : 18. Geeignete Längen liegen im Bereich von 30 bis 6.000 μm, bevorzugt 50 bis 1000 μm, mehr bevorzugt 50 bis 200 μm sowie 1000-3000 μm.
Soweit an der Oberfläche Strukturen mit mehreren Kontaktpunkten gebunden sind, bilden diese ebenfalls Filamente mit der entsprechenden Länge soweit zwischen zwei Kontaktpunkten die entsprechenden Abstände vorliegen, d.h. es wird die Länge der Strukturen zwischen zwei Kontaktpunkten gemessen; dies ist die Länge des Filaments.
Die Filamente weisen zwei Stirnseiten auf, die sich jeweils am Ende der Filamente befinden.
In einer Ausführungsform ist genau eine Stirnseite an die Oberfläche gebunden. In einer anderen Ausführungsform sind beide Stirnseiten gebunden, so dass das Filament an der Oberfläche eine Schlaufe bildet. Es sind auch Mischformen möglich, in denen Filamente vorkommen, die mit einer Stirnseite ge- bunden sind und auch Filamente vorkommen, die mit beiden Stirnseiten gebunden sind.
Die Durchmesser von Filamenten lassen sich beispielsweise mittels Rasterelektronenmikroskopie vermessen.
Soweit die Fasern über die Länge unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wird der Durchmesser in der Mitte des Filamentes (50% der Länge) zugrundegelegt.
Die Filamente befinden sich auf der Oberfläche in einem Abstand, wobei das Verhältnis von Abstand zur Länge der Filamente (Abstand: Länge) zwischen - A -
1 : 3 und 1 : 10 liegt, d.h. für ein Filament mit einer Länge von 6.000 μm befindet sich ein benachbartes Filament im Bereich von 2.000 bis 600 μm.
In einer Ausführungsform kann das Verhältnis auch im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 30 liegen.
Wichtig für die erfindungsgemäße Oberfläche ist die Elastizität der Filamente. Die Elastizität, bestimmt als E-Modul, liegt im Bereich von 104 bis 1010 N/m2. Die Elastizität erlaubt eine Auslenkung der Filamente. Bevorzugte Bereiche liegen zwischen 106 und 108 N/m2. Bevorzugt liegt auch das Biege-E-Modul in diesem Bereich.
Weiterhin muss die Oberfläche des Filamentes hydrophob sein, so dass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist. Das lässt sich beispielsweise mittels einem inversen Mikroskop und Ultraschallver- neblung vermessen, wie dies in Suter et al., Journal of Arachnology, 32 (2004), Seiten 11 bis 21 beschrieben ist. Bevorzugt liegt der Kontaktwinkel bei mehr als 110°.
In einer anderen Ausführungsform lässt sich die Hydrophobizität auch makroskopisch messen. Erfindungsgemäße Materialien haben bevorzugt makroskopische Kontaktwinkel von mehr als 140°.
Solche erfindungsgemäßen Oberflächen sind überraschenderweise in der Lage, Luft in den Strukturen so einzuschließen, dass sie durch Wasser nicht verdrängt wird; die Oberflächen sind also unbenetzbar. Wichtig ist insbesondere die Elastizität der Filamente, da diese es auch bei Strömungen erlaubt, die Luft zu halten. Bewegungen des Wassers können von den Filamenten elastisch aufgenommen werden. In einer Ausführungsform hat das Filament selbst eine Struktur, die Erhebungen umfasst, die eine Höhe von 20 Nanometer bis 10 μm aufweisen. Bevorzugt sind die Erhebungen kleiner als 10% des Durchmessers des Filamentes.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind beim Inkontaktbringen mit Wasser unbenetzt. Unbenetzt bedeutet, dass beim vollständigen Untertauchen der Oberfläche in Wasser in einer Tiefe von 15 cm für 48 Stunden nach dem Auftauchen des Gegenstandes mindestens 97% der Oberfläche nach makroskopischer Prüfung trocken sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung entsprechender Gegenstände mit den Schritten
Herstellen einer Oberfläche mit Filamenten, so dass diese • Filamente aufweist, die eine Länge von 30 bis 6000 μm, ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1 : 10 und 1 : 20 haben und mit mindestens einer Stirnseite an die Oberfläche gebunden sind,
• wobei der Abstand zwischen zwei Filamenten auf der Oberfläche so ist, dass das Verhältnis von Abstand zur Länge der Filamente zwischen 1 : 3 und 1 : 10 ist
• die Filamente eine Elastizität von 104 bis 1010 N/m2 aufweisen
• die Oberfläche des Filaments hydrophob ist, sodass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist.
Für die Herstellung entsprechender Oberflächen eignen sich insbesondere Textilien beziehungsweise textile Herstellungsverfahren.
Geeignete Oberflächen können erhalten werden durch Textilien, in denen Tex- tilfilamente, die sich im Thermofixierprozess verkürzen ("verkürzende Textilfi- lamente") mit Textilfilamenten, die sich nicht oder nur wenig in der Länge während des Thermofixierprozesses verändern, kombiniert werden. Es ist auch möglich, verkürzende Textilfilamente mit Textilfilamenten zu kombinieren, die sich im Thermofixierprozess verlängern. Der Thermofixierprozess bedeutet hierbei eine Behandlung bei 1500C für 5 Minuten. Im Textilbereich werden auch andere Bedingungen für die Thermofixierung eingesetzt.
Hieraus hergestellten Textilien ziehen sich durch die verkürzenden Garne etwas zusammen, während die nicht oder nur wenig in der Länge veränderliche Garne oder die sich verlängernde Garne Schlingen oder Bögen an der Oberfläche bildet.
Es ist auch möglich, vorgespannte Elastanfäden zu verwenden, wobei bei der Relaxation eine Schlingen- oder Bögenbildung der mitverarbeitenden Synthesefaser (Stapelfaser oder Multi- oder Monofilament) erfolgt.
Es ist auch möglich, mechanische verwirbelte Garne zu verwenden, die zur Fixierung nachfolgend thermisch behandelt werden (beispielsweise texturierte Garne, Bauschgarne, Hochbauschgarne) eventuell in Kombination mit einem Intermingelprozess des Garns.
Geeignet sind auch Frotteegarne (Schlingenzwirngarn), Chenille oder Raupen- zwirngarn, Umspinnungsgarn (Coregarn), Zwirn aus Garnen aus unterschiedlichen Materialien, Bikomponentengarne, bei denen der Mantel einen Längungs- verhalten beim Thermofixierprozess aufweist oder bei dem der Kern einen gegenüber dem Mantel stärkeres Schrumpfverhalten aufweist, wodurch ein Hohlraum zwischen Kern und Mantel gebildet wird, der für den Lufteinschluss zur Verfügung steht.
Grundsätzlich sind Gewebe, Gestricke, Gewirke, Vliesstoffe, Geflechte, beflockte Oberflächen geeignet, insbesondere auch zweiflächige Waren wie Abstands- gewebe, Abstandsgestricke und Abstandsgewirke. Es ist auch möglich, Schlingen oder Schlaufen durch eine Frottierware auf Basis eines Gewebes, Strick- oder Wirkware zu erreichen. Nach einem Ther- mofixierprozess können die Schlaufen auch aufgeschnitten werden, um so einseitig gebundene Filamente zu erhalten.
Weitere geeignete Materialien sind Florgewebe wie Samt oder Plüsch oder Kette oder Schuss, in den Ausführungen glatt (Velvet) oder mit Rippen (Cord), Plüsch- und Fellimitationen auf Basis von Strick- oder Wirkware, Tuftingware. Abstehende Fasern lassen sich auch auf einer Grundware realisieren, die be- reits Garnschlingen besitzt.
Es kann auch durch eine Flocktechnik zunächst mittels Drucktechniken, wie Siebdruck ein Kleber aufgetragen werden, auf dem dann Flockfasern aufgebracht werden. Auch mittels Aufrauen lassen sich Schlingen aus einer Grund- wäre herausziehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden Abstandstextilien eingesetzt. Hier befindet sich zwischen zwei Schichten ein Abstand. Dieser kann für die Zuführung von Luft benutzt werden. Insbesondere ist es möglich, dass aus dem Zwischenbereich Luft durch die Oberlage austritt und so für neue Luftpolster sorgt. Dies könnte durch einen geringen Überdruck zwischen den Schichten unterstützt werden.
Im Regelfall genügt die Hydrophobizität der entsprechenden Materialien nicht, so dass anschließend eine Hydrophobierung erfolgen muss. Hierzu eignen sich Materialien, mit denen hydrophobe Beschichtungen im Textilbereich erzielt werden können, beispielsweise auf Fluorcarbonbasis, wachsartige Substanzen, Substanzen auf Silikonbasis, etc.
Die erfindungsgemäßen Gegenstände können beispielsweise genutzt werden, um hieraus Badebekleidung herzustellen, die trocken bleibt. Im Bereich der Wettkampfschwimmbekleidung könnte dies darüber hinaus zur Reduzierung des Strömungswiderstandes beitragen. Hier ist es auch möglich, durch die Konfektion des Schwimmanzuges einen Überdruck zwischen zwei Lagen eines Abstandstextils zu erreichen.
Weiterhin geeignet ist das Material zur Herstellung von Tauchanzügen und Anzügen für Surfer und Windsurfer; insbesondere bei Tauchern könnte die sowieso vorhandene Pressluft genutzt werden, um einen Überdruck zwischen zwei Schichten des Abstandtextiis zu erhalten.
Neben dem Bekleidungsbereich eignen sich die erfindungsgemäßen Materialien jedoch auch zur Auskleidung von Rohren zur Reduzierung des Strömungswiderstandes. Auch ist es möglich, solche Oberflächen an Schiffsrümpfen einzusetzen. Insbesondere zusammen mit Maßnahmen zur Erneuerung der Luftschichten lässt sich so der Strömungswiderstand reduzieren.
Eine weitere Möglichkeit entsprechende Strukturen herzustellen, sind sogenannte Mikroreplikverfahren. Hierzu wird die Oberfläche eines Materials, das entsprechende Eigenschaften aufweist, mittels einer Abformmasse in ein Negativ überführt. Diese Form kann dann benutzt werden, um mittels eines flüs- sigen Kunststoffes, beispielsweise eines Kunstharzlackes, entsprechende Oberflächen herzustellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere entsprechender Formen verwendet, um größere Flächen erhalten zu können.
Besonders geeignet ist ein Verfahren, bei dem die Negativformen zu einer Walze zusammengesetzt werden. Auf diesem Wege kann die Herstellung kontinuierlich erfolgen, in dem eine aushärtbare Kunststoffmasse durch die Walze geführt wird. Direkt nach der Formung wird die Kunstharzmasse durch Strah- lung beispielsweise Ultraviolettstrahlung, ausgehärtet und verbleibt dann in der durch die Form vorgegebenen Oberflächenstruktur. Figur 1 zeigt beispielhaft Filamente auf einer Oberfläche.
Figur 2 zeigt die Vergrößerung II eines Filaments mit Strukturen. Hier haben die Filamente wiederum filamentartige Strukturen.
Figur 3 zeigt die Vergrößerung III eines Filaments mit Strukturen. Hier haben die Filamente Partikel auf der Oberfläche.
Figur 4 zeigt die Vergrößerung IV eines Filaments mit Strukturen. Hier haben die Filamente Rillen, die dazu führen, dass das die nicht gerillten Bereiche als Erhebungen verbleiben.
Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Textils aus sich verkürzenden und sich verlängernden Textilfilamenten. 1 cm der Aufnah- me entspricht 120 μm.
Figur 6 zeigt ein Textilfilament mit mehreren Kontaktpunkten an der Oberfläche. Die Länge der erfindungsgemäßen Filamente ergibt sich aus dem Textilfilament zwischen zwei Kontaktpunkten.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Ein Multifilamentgarn, bestehend aus Polyesterfasern aus einer sich verlängernden und einer sich verkürzenden Komponente, wurde als Leinwandbindung gewebt. Anschließend erfolgte eine Thermobehandlung, die zur Schlaufenbildung führte. Hieran schloss sich eine Beschichtung des Gewebes an. Die Beschichtung bestand aus einer fluorcarbonhaltige Verbindung in Kombination mit Nanopartikeln auf AI2O3 oder SiO2 Basis. Eine wässrige Zubereitung dieser Komponenten wurde verwendet, um das Gewebe hierin zu tränken. Überschüssiges Material wurde durch ein Quetschwerk entfernt. Anschließend erfolgte ein Trocknungsschritt bei etwa 150° Celsius. Hierdurch wurde ein Flächengewichtsauftrag - in Abhängigkeit von der Konzentration des Beschichtungsmittels - von 0,1 bis 3,0 Gew.-% erzielt. Entsprechende Textilien zeigten nach der Trocknung, dass sie beim 48 stündigen Eintauchen in Wasser (Tiefe 15 cm) praktisch unbenetzt blieben. Beim Herausnehmen konnte makroskopisch keine Benetzung des Materials festgestellt werden.
Beispiel 2 Mikroreplikverfahren
Zwei Komponenten Silikon-Abformmasse (z.B. President light body, Coltene, Schweiz) wird auf die Oberfläche von Wasserfarn (Salvinia natans) oder Wassersalat (Pistia stratiotes) aufgebracht. Nach dem Aushärten wird das flexible und gummiartige Negativ abgezogen. Das Negativ wird rechteckig zugeschnitten und dieses Verfahren mehrfach wiederholt. Anschließend werden die Negative in einer Form aneinandergereiht, um eine größere Fläche zu erreichen. Um nahtlose Übergänge zu erreichen wird von allen Seiten leichter Druck auf die Negative ausgeübt. Die so entstandene Negativform wird mit Acryllack ausgegossen. Wird ein Polymer mit hoher Hydrophobie benutzt ist keine weitere Hydrophobisierung der Replik nötig, ansonsten muss die Replik nachträglich z.B. mit Antispread F 2/50 FK 60 (Dr. Tilwich, Horb, Deutschland) hydrophobi- siert werden.
Beispiel 3
Mehrere Negativformen, wie sie im Beispiel 2 erhalten wurden, wurden zu einer Walze zusammengesetzt. Ein UV-härtbarer Lack wurde in Walzenbreite auf die Walze zugeführt und mittels der so hergestellten Walze strukturiert.
Unmittelbar nach dem Kontakt zwischen Walze und Film wurde mittels einer UV-Lampe eine Aushärtung des Lackes vorgenommen. Auf diesem Wege wurde eine Folie erhalten, die die erfindungsgemäße Oberflächenstruktur aufwies.
Beispiel 4 Kombiniertes Verfahren Fotolithografie/Ätzung
Herstellung einer Oberfläche aus PDMS (Poly-dimethylsiloxan) :
Auf einer Silikonoberfläche (z.B. PDMS) werden mittels Maskaligner Löcher mit einem Abstand von 3 bis 10 μm in eine Fotomaske (positive lift-off photore- sist) gestanzt. Nach Goldbesputterung wird die Fotomaske abgezogen und die verbleibenden Goldplättchen fungieren als Maske. Letztere schützen die darunter liegende Silikonschicht vor der anschließenden folgenden Plasma-Ätzung (reactive ion etching), wodurch die Filamente aus dem Silikon geätzt werden. Bei nicht ausreichender Hydrophobie ist eine nachträgliche Hydrophobisierung z.B. mit Antispread F 2/50 FK 60 (Dr. Tilwich, Horb, Deutschland) notwendig.

Claims

Patentansprüche
1. Gegenstand mit einer Oberfläche, die
• Filamente aufweist, die eine Länge von 30 bis 6000 μm, ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1 : 10 und 1 : 20 haben und mit mindestens einer Stirnseite an die Oberfläche gebunden sind,
• wobei der Abstand zwischen zwei Filamenten auf der Oberfläche so ist, dass das Verhältnis von Abstand zur Länge der Filamente zwischen 1 : 3 und 1 : 10 liegt,
• die Filamente eine Elastizität von 104 bis 1010 N/m2 aufweisen • die Oberfläche des Filaments hydrophob ist, sodass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist.
2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filament mit einer Struktur versehen ist, die Erhebungen umfasst, die eine Höhe von 20 nm bis 10 μm aufweisen.
3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand beim Inkontaktbringen mit Wasser für mindestens 48 Stunden unbenetzt bleibt.
4. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamente mit beiden Stirnseiten an die Oberfläche gebunden sind.
5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gegenstand mit der Oberfläche um ein Textil handelt.
6. Gegenstand nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Textil aus verkürzenden und nicht-verkürzenden oder verlängernden Textilfilamente besteht.
7. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand eine Polymerfolie ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit den Schritten
Herstellen einer Oberfläche mit Filamenten, so dass diese
• Filamente aufweist, die eine Länge von 30 bis 6000 μm, ein Verhältnis von Durchmesser zu Länge zwischen 1 : 10 und 1 : 20 haben und mit mindestens einer Stirnseite an die Oberfläche gebunden sind, wobei der Abstand zwischen zwei Filamenten auf der Oberfläche ein Verhält- nis von Abstand zu Länge der Filamente zwischen 1 : 3 und 1 : 10 haben
• die Filamente eine Elastizität von 104 bis 1010 N/m2 aufweisen
• die Oberfläche des Filaments hydrophob ist, sodass der Kontaktwinkel zwischen einem Filament und Wasser größer als 100° ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstel- lung verkürzende und nicht-verkürzende oder verlängernde Textilfilamente eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroreplik- verfahren eingesetzt wird.
11. Verwendung des Gegenstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzielung einer Unbenetzbarkeit des Gegenstandes.
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