Chemische Nanostrukturierung von Polymeroberflächen durch Einsatz selbststrukturierender Polymermischungen

Quellenangaben
IGF 216 ZBG

Großes wissenschaftliches und wirtschaftliches Interesse wird gegenwärtig Materialien mit selbstreinigenden Oberflächen entgegengebracht. Die Realisierung des sogenannten Lotuseffekts wird auch bei der Textilausrüstung angestrebt. Mit dem Forschungsvorhaben wurde das Ziel verfolgt, die spezielle Struktur des Lotusblattes durch sphärische Strukturen über den gesamten Querschnitt einer Textilbeschichtung durch regulierte Phasenseparation von Polymermischungen aus Cellulosederivaten und Polyacrylnitril nachzustellen und die dafür erforderlichen Bedingungen zu ermitteln.

Es gelang, Beschichtungen, welche die gewünschte kugelförmige Struktur aufweisen, auf Geweben zu applizieren. Form und Größe der Strukturen können über die Art des Cellulosederivates, seinem Anteil in der Polymermischung und die Koagulationsbedingungen, insbesondere das Regime der Lösungsmittelverdampfung, eingestellt werden. Die unter optimalen Bedingungen erhaltenen Strukturgrößen liegen unter 1 µm. Für die Minimierung der Oberflächenenergie ist es erforderlich, die Grobstruktur des Gewebes mit der Mikrostruktur der Beschichtung und einer monomolekularen Ausrüstung mit einem Fluoralkylsilan zu kombinieren. Auf diese Weise wird ein Verbund mit einer zum Lotusblatt ähnlichen Struktur aufgebaut, deren Dimensionen in vergleichbarer Größenordnung liegen. Als Nachteil erwies sich die Tatsache, dass Beschichtungen mit niedrigsubstituierten Cellulosederivaten bei Kontakt mit Wasser quellen. Sie bilden daher nicht den Lotuseffekt aus.

Aus den durchgeführten Untersuchungen haben sich neue Ansatzpunkte für weitere vorwettbewerbliche Forschungsarbeiten ergeben. Insbesondere bilden die erhaltenen Ergebnisse die Basis zur Übertragung des praktisch erprobten Prinzips der chemischen Nanostrukturierung mit Polymermischungen auf andere Anwendungen. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Leder und Kunststoffbahnen wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der ‚Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF)‘ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

Das Vorhaben wurde in Kooperation mit den AiF-Mitgliedsvereinigungen Forschungskuratorium Textil e. V. und Gesellschaft für Chemische Technologie und Biotechnologie e. V. (DECHEMA) durchgeführt, denen wir ebenfalls für ihre Unterstützung danken.

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