Hydroleotex – Fluorfreie Hydrophob-Ausrüstung von Textilien mit verbesserter Oleophobie und gesteigerter Permanenz
Projektleiter: Dr. Lars Blankenburg
Projektnummer: 49MF210143
Laufzeit: 01.10.2022 – 31.07.2024
Aufgabenstellung
Wasser- und ölabweisende Textilien kommen in vielen Bereichen von Outdoor bis Medizin zum Einsatz. Die oft eingesetzten Chemikalien, sogenannte PFAS, sind gesundheitsschädlich und stehen stark in der Kritik. Hier setzte das Vorhaben mit dem Ziel an, fluorfreie Alternativen zu entwickeln, wobei insbesondere das oleophobe Verhalten mit dem Einbau spezieller Supportschichten verbessert werden sollte. Das TITK konnte bereits seit einigen Jahren Erfahrung und Know-how mit einer besonderen Materialklasse, den sogenannten 2-Alkyl-2-oxazolinen, sammeln. Dieser Strukturtyp sollte die chemische Basiskomponente des Vorhabens darstellen, wobei es Ziel war, sowohl die Seitenketten der Oxazolin-Basiselemente gezielt synthetisch zu modifizieren, um bessere Hydrophobie zu generieren, als auch die Substratauswahl auf PES-Gewebe zu erweitern.
Ergebnisse
Neben bekannten konnten vor allem neuartige 2-Oxazoline mit einer regenschirmartigen Molekülstruktur erfolgreich synthetisiert, in Reinheit und Struktur gesichert und anschließend erstmals als textile Appretur appliziert werden. Stabile Kontaktwinkel zwischen 130° und 140° gegen Wasser konnten für viele Versuchsreihen bestimmt werden, was einer sehr guten hydrophoben Ausrüstung der textilen Oberfläche entspricht. Die Werte liegen zudem im gewünschten hydrophoben Bereich, den heutige fluor- oder auch wachsbasierte Alternativen aufweisen. In der Spitze konnten mit speziellen Zwischenschichten sogar Kontaktwinkel von 140° bis sogar 146° erreicht werden, was nah an superhydrophobes Verhalten heranreicht (ab 150°). Zudem sind die Appreturen sehr robust und überstehen sogar teilweise 15 Wäschen bei 60 °C für 90 min (DIN 53920). Die Beladungen reduzieren sich zwar deutlich, dennoch waren bei einigen Proben 0,5-2,5 m% Restbeladungen zu finden. Selbst bei geringeren Werten lassen sich noch Kontaktwinkel nach dieser enormen Belastungsprobe von 120° bis 130° beobachten und somit weiterhin hydrophobes Verhalten bescheinigen (Abb. 1). Mit Olivenöl waren ebenfalls erste positive Effekte festzustellen. Es ließen sich auf den mit Oxazolinen beschichten Textilien Kontaktwinkel von größer 90° bei Einsinkzeiten von 3 s vs. PFAS-Ref. 110° für 2 min finden. Zukünftiger Forschungsbedarf besteht darin, durch gezielte Abstimmung bzw. Auswahl des textilen Trägers (Flächengewichte, Maschenweiten etc.) die bislang auftretende, unzureichende Dichtigkeit gegen Wasser („Hydrostatischer Druckversuch“) zu verbessern und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Zur Verbesserung der ölabweisenden Eigenschaften sind zudem tiefergehende Studien insbesondere hinsichtlich Zwischenschichten bzw. Strukturierungen erforderlich.
Anwendung
Wichtige Anwendungsbereiche sind Outdoor-Bekleidung für Sport und professionelle Einsätze, Heimtextilien mit Fleckschutz sowie hydrophobe und oleophobe Textilien in der Autoindustrie. Auch technische Textilien für die Gas- und Ölfiltration, Architektur oder Lebensmittelverarbeitung sowie medizinische und Schutzkleidung profitieren von der Technologie. Ein wesentlicher Treiber der Nachfrage ist das drohende Verbot fluorhaltiger Beschichtungen, wodurch nachhaltige Alternativen an Bedeutung gewinnen. Die Anwender profitieren von Umweltfreundlichkeit, Kosteneinsparungen durch langlebige Materialien, technologischer Anpassungsfähigkeit, hoher Leistungsfähigkeit und der Möglichkeit, sich als Anbieter umweltfreundlicher Produkte am Markt zu positionieren.
