Im Vorläuferprojekt (AiF 11731) gelang es, thermisch schaltbare Hydrogele so zu modifizieren, dass ein umsetzbarer Lösungsansatz als neue Variante zur Fällung von Polyurethan-Lösungen mit effizienterer und variabler Prozeßführung entwickelt wurde. Die Freisetzung des Wassers aus dem Hydrogel erfolgt mittels Temperaturzuführung nach dem Auftrag der Polyurethanlösung und initiiert die Fällung. Durch die Verteilung des Fällmittels reduzieren sich die Diffusionswege und das Verfahren wird erheblich effizienter. Die Kosten reduzieren sich durch die höhere Fahrgeschwindigkeit und durch die Einsparung an diffusionsverbessernden, teuren Hilfsstoffen. Zusätzlich werden die Eigenschaften des Polymerfilms mit den im Film verbleibenden Hydrogelteilchen hinsichtlich Sorptionsverhalten und Weichheit verbessert.
Das Forschungsziel des Projektes bestand darin, ein neues Verfahren zur Ausbildung einer offenzelligen atmungsaktiven Polyurethanschicht ohne die aufwändige Koagulationstechnik zu entwickeln. Basis dafür ist die Maßschneiderung und Synthese geeigneter Polymersysteme (Hydrogele), mit denen es gelingt, Wasser und ein geeignetes Cosolvens (hoher Siedepunkt, Fällmittel für die Polymerbasis der porösen Schichten) reversibel zu binden und bei erhöhter Temperatur freizusetzen. Die Freisetzung der Fällmittel und Filmverfestigung erfolgt wie im Vorläuferprojekt. Anschließend soll der aufwändige Waschprozess eingespart werden, indem die Löse- und Fällmittel in herkömmlichen Trocknern nacheinander verdunsten. Die Arbeiten schließen die Neuentwicklung, Charakterisierung und Herstellung der entsprechenden Hydrogele sowie die Erarbeitung der verfahrenstechnischen Bedingungen ein. Erkenntnissse zur Beurteilung der ablaufenden physikalischen Vorgänge werden unter Einbeziehung moderner Untersuchungsmethoden (NMR, SFM, Elektrokinetik, Sorptionsmessungen, DSC, Rheologie, Laserbeugung usw.) gewonnen. Durch Wahl geeigneter Komponenten sowie Reaktionsbedingungen gelang es, reproduzierbare Materialien bereitzustellen, die in wässrigen Lösungen von Glycerin, Ethylenglykol und Diethylenglykol ein thermisch sensibles Löslichkeitsverhalten zeigen. Es lassen sich definierte Phasenübergangstemperaturen (PÜT) zwischen etwa 30 °C und dem Siedepunkt des jeweiligen Lösungsmittelgemischs einstellen, die durch die Art der Polyesterkomponenten, dem Polykondensationsgrad, sowie der Art und des Anteils des Polyols im Mischlösungsmittel bestimmt werden. Die Herstellung des Gelnetzwerkes erfolgt als vernetzende Copolymerisation mit N-substituierten Acrylamiden. Bei der notwendigen Umhüllung der Gelteilchen mit Polystyren (entsprechend dem Vorläuferprojekt) zeigte sich jedoch, dass die Anwesenheit einer zusätzlichen Komponente im Gelsystem die Bedingungen für eine erfolgreiche Fällungspolymerisation merklich verändert. Bedingt durch die relative Unverträglichkeit des Polyols mit dem Hydrogel zeigte sich eine deutliche Tendenz zum "Ausbluten" der styrenisierten Partikel, d.h. nach einer bestimmten Zeit kam es zu Quellungseffekten, zum Gelkollaps und schließlich zur Phasenseparation. Diesen Erscheinungen wurde durch zusätzliche Vernetzerzugabe entgegengewirkt und damit die Stabilisierung der Gelteilchen verbessert, die allerdings für eine Verarbeitung noch nicht ausreichend ist.
Die eingesetzten Untersuchungsmethoden beweisen die Freisetzung des Fällmittelgemisches und das Eintreten der Phaseninversion der Polyurethanlösung. Während die Verfestigung der Filme prinzipiell gelang, konnte der Verfahrensschritt "Trocknen" noch nicht erfolgreich bearbeitet werden. Die Zielstellung des Projektes wurde teilweise erreicht. Das gestellte Ziel soll im begonnenen Fortsetzungsprojekt (AiF 154 ZBR) umgesetzt werden.

Forschungsstellen:

Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH, Meissner Ring 1-5, 09599 Freiberg
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung, Geiselbergstraße 69, 14476 Golm
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V., Hohe Straße 6, 01069 Dresden

Das Forschungsvorhaben wurde aus Haushaltmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Der ausführliche Abschlussbericht ist im Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) verfügbar.