Permanente antimikrobielle Schichten auf Garnen und textilen Flächen
(BMBF 03WKBR7D, Wachstumskern J-1013, VP4: TP 4.4)

Aufgabenstellung

CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) sind Technologien, die sich bei der Oberflächenmodifizierung von Glas und Metall etabliert haben. Die erzielbaren Funktionalisierungen sind auch für textile Substrate hochinteressant. Die Nutzung der Plasma-CVD und Flamm-CVD im Atmosphärendruck zum Aufbringen von permanenten Schichten auf Textilien ist neu. Das Ziel des Projektes ist es, textile Substrate mit ihren unterschiedlichen Eigenschaften bezüglich thermischer Beständigkeit, mechanischer Festigkeit und chemischer Struktur in verschiedenen Aufmachungsformen mit hochwertigen dünnen Funktionsschichten, die antimikrobielle Eigenschaften aufweisen, permanent und kostengünstig zu beschichten. Mittels CVD-Verfahren unter Atmosphärendruck wird eine Zwischenschicht geschaffen, die auf den unterschiedlichsten textilen Materialien (Polypropylen, Polyester, Polyamid, Baumwolle) eine Oberfläche mit chemisch identischen Eigenschaften bildet. Auf diese Weise können zukünftig auch herkömmliche Ausrüstungen auf Substrate übertragen werden, die dort ansonsten keine ausreichende Permanenz haben bzw. nicht anwendbar sind.

Lösungsweg

Basierend auf umfangreichen Laboruntersuchungen werden SiOx-Nanostartschichten auf textilen Substraten unter Anwendung von CVD-Verfahren aus der Gasphase unter Atmosphärendruck abgeschieden. Die Umsetzung erfolgt bei den Fadenmaterialien über eine Umrolleinheit und bei textilen Flächengebilden in einer Kontinueanlage mit mehreren Brennereinheiten.

Einfluss der Waschbehandlung auf die Schichthaftung an ausgewählten Proben
Abb. 1: Einfluss einer definierten Waschbehandlung auf die Schichthaftung an ausgewählten Proben

Für die nasschemische Behandlung wird für Flächengebilde ein klassischer Foulardprozess gewählt, während für die Fadenmaterialien spezifisch angepasste Systeme zur Ausrüstung eingesetzt werden. Die Charakterisierung der beschichteten textilen Substrate erfolgt mittels Energiedisperser Röntgenanalyse (EDX) im Rasterelektronenmikroskop (REM) sowie geeigneter textilphysikalischer und textilchemischer Untersuchungen. Die Permanenz der aufgebrachten Schichten gegenüber mechanischer und nasschemischer Beanspruchung wird mit einem modifizierten Waschtest in Anlehnung an DIN EN ISO 105-C10, Verfahren A (Linitest/2 Messproben/ 40°C/Seife) geprüft. Der Nachweis der antimikrobiellen Wirkung erfolgt in Zusammenarbeit mit der Hautklinik der FSU Jena.
Eine alleinige abgeschiedene SiOx-Nanostartschicht mit integrierten Wirkstoffen (Einschichtverfahren) erbringt keine ausreichende Permanenz (vgl. Abb. 1). Der Auftrag einer SiOx-Nanostartschicht mittels Flamm-CVD mit anschließender nasschemischer Abscheidung der Wirksubstanz, eingebettet in eine Bindermatrix, führt zu wesentlich besseren Permanenzen (vgl. Abb. 2).

Abb. 2: Bewertung der antimikrobiellen Aktivität ... nach unterschiedlichen Waschbeanspruchungen
Abb. 2: Bewertung der antimikrobiellen Aktivität einer mit ZnO-Partikeln ausgerüsteten Probe nach unterschiedlichen Waschbeanspruchungen im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle

Die Optik und Haptik der Flächen sowie wichtige textile Parameter werden nicht negativ beeinflusst. Der Festigkeitsverlust, hervorgerufen durch eine Ausrüstung mit dem eingesetzten Bindersystem auf Basis PU, wird durch die zuvor aufgebrachte SiOx-Nanostartschicht wesentlich verringert.

Abb. 3: Einfluss unterschiedlicher Prozessschritte auf ausgewählte textile Parameter eines Gewirkes
Abb. 3: Einfluss unterschiedlicher Prozessschritte auf ausgewählte textile Parameter

Anwendung

Der Einsatz dieser neuartigen antimikrobiellen textilen Substrate kann überall dort erfolgen, wo neben der Wirkung auch eine hohe Permanenz der Ausrüstung erforderlich ist. Dies betrifft sowohl den Bereich der Heimtextilien- und Medizintextilien als auch den REHA- bzw. Pflegebereich. Hier ist der Einsatz sowohl für Gardinen als auch bei Sitzbezügen usw. denkbar. Ein großes Potenzial wird zudem bei Sport- und Freizeittextilien sowie im Wellnessbereich gesehen.
Darüber hinaus können mit der C-CVD-Technologie Haftvermittlerschichten im Nanometerbereich auf polaren Substraten erzeugt werden, an die auch weitere Funktionen wie z. B. Fleckschutz kovalent gebunden werden können.

Ansprechpartner

Dipl. Ing. (FH) Monika Weiser

 
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