Neue Membranen und Textilbeschichtungen mit Porenstrukturen aus Polyamiden (AiF N)

Ähnliche Dokumente
Temperatur auf die Topfzeit und Verarbeitungszeit auf die rheologischen Kennwerte

Kurzfaserverstärkte oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe (IGF Nr N)

Färben von Polypropylen-Fasermaterialien mit Küpenfarbstoffen zur Erzielung hoher Echtheiten (AIF N)

Lichtlenkende Multiaxialgewebe für das gezielte Management von Kunst- und Tageslicht (IGF N)

Verfestigungsverfahren für Meltblowvliesstoffe

Dr.-Ing. Larisa Ausheyks Stephan Baz Olaf Reichert Jörg Hehl Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser

Steuerung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Textilbeschichtungen durch Einarbeitung von Cellulosepartikeln (18168 BG)

SILATHERM. Weitere Informationen finden Sie hier in unserem SILATHERM video

Dr. Frank Gähr Dipl.-Ing. (FH) Susanne Segel Dipl.-Ing. (FH) Stephanie Berndt

Textilbasierter Kollektor mit integriertem Latentwärmespeicher zur solarthermischen Energienutzung (IGF 18768)

Passivierung von martensitisch-nichtrostenden Stählen zur Verbesserung der Lebensmittelverträglichkeit und der Spülmaschineneignung von Messerklingen

Dr. Frank Gähr MSc Sarah Deh Prof. Dr. Michael R. Buchmeiser

Möglichkeiten in der Bestimmung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen

Entwicklung von Modellen zur Generierung hygrothermischer Kennwerte von Holzwerkstoffen zur numerischen Simulation des Bauteilverhaltens

Autonome Living-Wall-Systeme für Innenräume durch textile Funktionselemente zur breiten Markterschließung (IGF N)

Bild 2: Formaldehydabgabe (Flaschen-Methode, 3 h) von UF-Harz-gebundenen MDF aus Kiefernfasern

Transferbelts der nächsten Generation

Prüfung und Verbesserung der Leistungsfähigkeit verschiedener Oberflächenmodifikationen von Holz-Polymer-Verbundwerkstoffen (WPC)

Herstellung einer neuen Generation oxidkeramischer Spezialfasern für den Einsatz in Hochleistungswerkstoffen (IGF N)

Development of low Formaldehyde Wood Based Products

Herstellung und Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Silikonstreifen (Bachelorarbeit)

Garne mit farblich dynamischem Leuchtverhalten und näherungssensorischen Eigenschaften (IGF N)

Anlage zur Akkreditierungsurkunde D-PL nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005

Projekttitel: Partner: Laufzeit: Förderträger: Mission Statement: Ausgangssituation:

Stefan Wenk, Laborpartner: Matthias Dzung, Philipp Baumli, Marion Frey. Spann- und Frequenzversuch mit einer Polymerschmelze

LUMOS: Mikroskopie leicht gemacht

Stoffliches Recycling von Wood-Polymer Composites (WPC, Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen) am Beispiel von Terrassendielen

Mikro- und Nanofaservliesstoffe

TragekomforT statt HiTzesTress gore-tex feuerwehrschutz- kleidung mit airlock spacer TecHnologie gore-workwear.com

3D Konforme Präzisionsbeschichtungen für den Korrosionsschutz effektive Werkzeugbeschichtungen

Abriebprüfung von modifizierten Pulverlack-Systemen

FV-Nr N, Projekt-Laufzeit Dr. U. Sager, Dr. W. Mölter-Siemens, E. Däuber, A. Caspari, D. Habryka

Schweißtransport in der Feuerwehrschutzkleidung Ist die Funktionsbekleidung der Schlüssel?

Mikroporöse Membranen aus PVC neue Anwendungsmöglichkeiten für Verbundmaterialien

Untersuchung zur Beschleunigung von Prüfungen der. physikalischen Dauergebrauchseigenschaften von Schuhen. und Schuhkomponenten.

flexible Beschichtungen von technischen Textilien Beschichtung von klassischen Textilien (Regenjacken, Sportbekleidung etc.)

Bild 3.26 Bild 3.26b Bild 3.26a Bild 2.11 Bild 3.26b Bild 3.26: Bild 3.27

Osmotische textile Pumpen ein Beitrag zur Klimatisierung. von Bekleidung und technischen Textilien

ANHANG 3. zum IGF Vorhaben

Multifunktionale Filtersysteme für die Stahlschmelzefiltration

Schnellsttrennen von Stahl mit hochharten Schneidstoffen

Permanente flammhemmende Hotmelt-Beschichtung von Kettgarnen als energiesparender Ersatz des konventionellen Schlichteverfahrens (IGF Nr.

Einfluss von unterschiedlichen Zementhauptbestandteilen. auf die Fließfähigkeit von Leim und Beton

Klimahaushalt im System Fuß-Strumpf-Schuh

Wasserbeständigkeit von auf REA-Gips basierten Multi-Komponenten-Bindemittelsystemen

Autoren: Dr. Hans-Jürgen Bauder Dipl.-Ing. Stefan Schindler. Erschienen: Zusammenfassung:

BELLAND alkalisch lösliche Hotmelt

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR. Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen

THERMOLAST K im Spritzguss: Werkzeug

Thixotropierungsmittel/Armierungspigmente

Werkstoffprüfung. Kennwertermittlung für die Struktursimulation

Lehrbuch der Kolloidwissenschaft Hans Sonntag

Hochfunktionelle hinterspritzte Bauteile aus innovativen textilen Werkstoffen ( )

Konstruktion von Abstandsrundgestricken mit spezifischen physikalischen Eigenschaften für technische Textilien (AiF N)

Hochtemperatur-Supraleiter (HTS)

Sauerteige aus Pseudocerealien

Scotch-Weld TM SI Gel Cyanacrylat-Klebstoff

Bestimmung des komplexen Moduls G* und des Phasenwinkels

IGF-Vorhaben BR Untersuchungen zum Mechanismus des Spinning-Effektes bei der Herstellung nassgelegter Vliesstoffe

Hochtemperatur-Filtermedien auf Basis der Meltblow-Technologie

Voluminöse Vliesstoffe mit Splittfaseranteilen. Herstellung, Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten

Online-Faserorientierungsmessung im Vliesherstellungsprozess

Wir geben Ihrem Produkt ein Gesicht

Tolonate X FLO 100. Biobasiertes aliphatisches Isocyanat-Polymer mit niedriger Viskosität

Tolonate X FLO 100. Biobasiertes aliphatisches Isocyanat-Polymer mit niedriger Viskosität

Nichtkonventionelle Herstellung hochfeiner Stapelfasergarne für den Einsatz in der Strickerei (IGF N)

Besonderheiten 2K Spritzguss: Werkzeug

Anforderungen an die

3.7 Mikromechanische Prozesse in gefüllten Thermoplasten bei mechanischen Beanspruchungen Anwendungstechnologie und Wirtschaftlichkeit von

Klausur 1: Werkstoffkunde Kunststoffe

ASSOZIATIVE POLYURETHANVERDICKER FÜR WÄSSRIGE BESCHICHTUNGEN Rheologisches Verhalten gezielt auf die Anwendung einstellen!

Zusammenfassung 118 tet, konnte den Verlauf der experimentellen Daten wiedergeben. Das Wachstum der festen Phase aus der unterkühlten Schmelze wurde m

Zukunft Bau SWD Entwicklung von Verbundtafeln aus innovativem Dünnglas und Polycarbonat

Nachweis. s D = 0,3 m *) Prüfbericht Nr PR01. Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl. Diffusionsäquivalente Luftschichtdicke

Abb.1 Zur Veranschaulichung: Scherung eines Fluids zwischen zwei Platten

Rheologische Eigenschaften von Pektinen in Lösungen, Fruchtzubereitungen und Gelen:

7.5 Oberflächenqualität

Scotch-Weld TM SF 20 Cyanacrylat-Klebstoff

MoLa MOTIVATIONSSTEIGERUNG FÜR LOGISTISCHE FACH- UND FÜHRUNGSKRÄFTE PROF. DR. MICHAEL KRUPP

Dünnschichtchromatographie

Die Langfassung des Abschlussberichtes kann bei der FSV, Goldene Pforte 1, Hagen, angefordert werden.

Das Zeit-Temperatur- Verschiebungsprinzip

Mikro-Energiesammler für das Internet der Dinge

High Performance im Strahlenschutz

HVG-Mitteilung Nr Modifikation von Glasoberflächen mit Metallhalogeniden und Ammoniumverbindungen

Materialdaten Richtwerte

IGF-Vorhaben-Nr.: Bewilligungszeitraum:

Anlagebau, Maschinenbau, Verpackungsindustrie, Lebensmittelindustrie, Werkzeug/Walzenbau

FERMAGLUE. Zweikomponentige Polyurethan Klebstoffe. chemicals

Crashsimulation langfaserverstärkter Thermoplaste mit Berücksichtigung von Schädigung und Versagen

Aufgabe 2 Erläutern Sie den Matijevic-Mechanismus zur Bildung einheitlicher Partikel durch Fällung. (10 Punkte)

Das Rheologie-Handbuch

ÄUSSERST HOHE KRAFT UND HOHER MODULUS

Viskositätsmessungen in der Qualitätssicherung Worauf muß man achten?

Sicherheitsrelevante Daten und Hinweise sowie erforderliche Kennzeichnungen können dem Sicherheitsdatenblatt

Herstellung bioaktiver Fasern auf der Basis von Calciumphosphaten für den Einsatz in der Knochenrekonstruktion (IGF 375 ZN)

Möglichkeiten der Verklebung verschiedener Holzarten und Untersuchungen zur Verwendbarkeit als Brettschichtholz

Rheologie/Viskosimetrie

Scotch-Weld TM EC 100 Cyanacrylat-Klebstoff

Transkript:

Neue Membranen und Textilbeschichtungen mit Porenstrukturen aus Polyamiden (AiF 17461 N) Autoren Dr. Frank Gähr Dipl.-Ing. (FH) Stephanie Berndt Erschienen 10.03.2015 Der Markt und die Einsatzbereiche für Polymerbeschichtungen und Membranen sind speziell bei Textilien in einem stetigem Wachstum begriffen. Mit dem Wunsch Textilien mehr Funktionalität und Mehrwert zu verleihen, steigen gleichzeitig aber auch die Vielfalt und die Anforderungen an Beschichtungs- bzw. Membransysteme. Während Beschichtungspolymere wie Polyurethan, Polyacrylat, Silikon oder Membranen aus hydrophilem Polyester (Sympatex ), PTFE (GoreTex ), Polyurethan (Texapore ) oder Polypropylen um nur einige wichtige zu nennen längst etabliert sind, spielen Polyamide bis heute weder für Beschichtungen noch bei Membranen eine größere Rolle. Dies hängt sicherlich mit den erschwerten Verarbeitungseigenschaften sowie den relativ hohen Schmelzpunkten jener gängigen Polyamide zusammen, die z.b. im Faserbereich eine große Bedeutung genießen. Dem im Vorhaben verfolgten Lösungsansatz zur Herstellung von Beschichtungen und Membranen lag die Idee zugrunde, die Verarbeitung von Polyamiden dadurch zu ermöglichen, dass diese in sogenannten ionischen Flüssigkeiten in Lösung gebracht werden und um aus diesen Lösungen dann, im Zuge eines Koagulationsprozesses, dünne Schichten aus Polyamid auszubilden und zu konsolidieren. Bei ionischen Flüssigkeiten handelt es sich um eine relativ neue Verbindungsklasse. Einige von ihnen zeigen außergewöhnliche Löseeigenschaften für Polymere; dies gilt v.a. für Polymere, bei denen Wasserstoffbrückenbindungen bezüglich des Strukturaufbaues, der Polarität und der Thermodynamik des Löseprozesses eine Rolle spielen (z.b. Cellulose). Seite 1 von 7

Ein zu Beginn des Vorhabens durchgeführtes Screening hinsichtlich der Auswahl der ionischen Flüssigkeit (IL) zeigte relativ rasch, dass nur wenige ILs aus der Klasse der bisalkylierten Imidazoliumsalze zu einer zumindest Anlösung der eingesetzten Polyamide in der Lage sind. Beste Löseeigenschaften wurden mit (Ethylmethyl-imidazolium)diethylphosphat (EMIM-DEP) erzielt. Mittels der entwickelten Löseroutine ließen sich mit EMIM-DEP die Polyamide PA 6, PA 6.6, m-aramid und ein teilaromatisches PA (PA MXD6) in Lösung bringen. EMIM-DEP stellt daher eine sanfte Alternative bzw. ein green solvent zu den üblichen Lösemitteln für Polyamide wie Ameisensäure, Schwefelsäure, Hexafluorisopropanol, Trifluorethanol oder m- Kresol dar. Die erzeugten Lösungen sind in der Regel honigfarben und frei von Partikeln oder Gelanteilen. Allerdings unterscheiden sich die Lösetemperaturen für die einzelnen untersuchten Polyamide doch deutlich. Während sich das teilaromatische PA und auch m-aramid bei vergleichsweise moderaten Temperaturen in Lösung bringen ließen, war für PA 6 mit 145 C doch eine sehr hohe Temperatur notwendig, die gerade an der Grenze hinsichtlich der Stabilität der IL lag. Zur Unterstützung des Löseprozesses wurden Versuche sowohl mittels Ultraschall als auch mittels gepulster Mikrowelle durchgeführt, die jedoch keinen Erfolg zeitigten. Abbildung 1 Aufgießen einer Lösung eines teilaromatischen Polyamids auf -Handrakel für die spätere Membranausbildung durch Koagulation in Wasser Seite 2 von 7

Für sämtliche im Bericht dargestellten Versuche wurde eine Konzentration von 10 Gew.-% des Polyamids in EMIM-DEP gewählt. (Die Höchstmenge der in Lösung zu bringenden PA-Menge liegt bei etwa 15 Gew.-%). Diese Lösungen wurden hinsichtlich ihrer Fließeigenschaften mittels verschiedener rheologischer Messungen umfänglich charakterisiert. Hierbei ergab sich ein für alle genannten Polyamide ein strukturviskoses Verhalten, was für eine gute Verarbeitung bei einer Rakelbeschichtung Voraussetzung ist. In Rheogrammen wurden die Masterkurven des Speichermoduls G (elastische Komponente des viskoelastischen Fließverhaltens), des Verlustmoduls G (viskose Komponente des viskoelastischen Fließverhaltens) und des Betrags der komplexen Viskosität dargestellt. In allen Polymerlösungen liegt der tan δ deutlich >1. Damit überwiegt in den Lösungen der flüssige Anteil. Mit tan δ < 1000 liegen jedoch noch keine idealviskosen Lösungen vor. Über die Bestimmung der Nullviskositäten wurden jeweils die für die Beschichtungs- bzw. Membranherstellung günstigsten Temperaturfenster ermittelt, um den Beschichtungsprozess möglichst reproduzierbar zu gestalten. Als kritisch ist der Prozess für PA 6 einzustufen, da eine Verarbeitungstemperatur aufgrund der Viskosität bei mindestens 110 C eingehalten werden muss, da ansonsten ein Streichprozess gar nicht oder nicht reproduzierbar durchgeführt werden kann. Demgegenüber lassen sich PA MXD6- und m-aramid-lösungen bei deutlich geringerer Temperatur (50 C bzw. 70 C) sauber streichen. Die ausgebildeten Beschichtungen bzw. Filme wurden standardmäßig in Wasser koaguliert. Hierbei bilden sich für alle Polyamide Porenstrukturen aus, die sich jedoch stark unterscheiden. Beobachtet wurde für PA 6 eine poröse Schwammstruktur (Abbildungen 2-5), für PA MXD 6 und m-aramid hingegen überwiegend voluminösere fingerartige Strukturen (Abbildungen 6-9 bzw. 10-13). Abbildung 2 PA6-Beschichtung (Oberfläche 500-fach vergrößert) Abbildung 3 PA6-Beschichtung (Oberfläche 10.000- fach vergrößert) Seite 3 von 7

Abbildung 4 PA6-Beschichtung (Querschnitt 750- fach) Abbildung 5 PA6-Beschichtung (Querschnitt 1.500- fach) Abbildung 6 PAMXD6-Beschichtung (Oberfläche 500-fach) Abbildung 7 PAMXD6-Beschichtung (Oberfläche 100.000-fach) Abbildung 8 PAMXD6-Beschichtung (Querschnitt 150-fach) Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Abbildung 9 PAMXD6-Beschichtung (Querschnitt 1.500-fach) Prof. Dr. rer. nat. habil. Michael R. Buchmeiser D-73770 Denkendorf Seite 4 von 7

Abbildung 10 m-aramid-beschichtung (Oberfläche 500-fach) Abbildung 11 m-aramid-beschichtung (Oberfläche 30.000-fach) Abbildung 12 m-aramid-beschichtung (Querschnitt 150-fach) Abbildung 13 m-aramid-beschichtung (Querschnitt 1.500-fach) Schichtdicke und Porenstruktur ließen sich über die Temperatur der PA-Lösung, die Temperatur des Fällbades und die Nachbehandlung deutlich verändern. Im Allgemeinen gilt, dass die Poren mit höherer Temperatur größer sind und die Porenanzahl umgekehrt gleichzeitig abnimmt. Eine grundlegende Veränderung der PA-typischen Ausbildung einer Schaum- bzw. Fingerstruktur wurde bei Variation dieser Parameter jedoch nicht beobachtet. Diesbezüglich wurde die interessante Möglichkeit gefunden, die sich ausbildenden Porenstrukturen durch die chemische Zusammensetzung des Fällbads gezielt zu verändern. So werden durch gezielte Zumischung von Ethanol, Glycerin oder EMIM-DEP im Fällbad Übergänge von der Seite 5 von 7

Fingerstruktur hin zu einer schwammähnlichen kompakteren Struktur induziert. Diese Untersuchungen wurden v.a. aus dem Grunde vertieft, da sich aus den mechanischen Prüfungen, und hierbei insbesondere aus der Scheuerprüfung ergeben hat, dass PA MXD6 und m-aramid mit ihren Fingerstrukturen eine nur sehr geringe Scheuerbeständigkeit aufwiesen. Indessen zeigten diese beiden gut zu verarbeitenden Polyamide überraschenderweise auch bei Vorliegen von Schwammstrukturen keine wirkliche Verbesserung in der Scheuerbeständigkeit. Eine hervorragende Scheuerbeständigkeit wurde demgegenüber für die PA 6-Beschichtungen und Membranen gefunden. Offensichtlich spielt die Struktur der Schichten also weniger eine Rolle, als vielmehr polymerinhärente Eigenschaften, die das PA 6, wie einleitend erwähnt, so einzigartig macht hinsichtlich seiner Abriebbeständigkeit und Wiedererholung im Faserbereich. Auch was die Festigkeit und die Dauerknickbeständigkeit betrifft, schneidet die hergestellte PA 6-Membran, auch im Vergleich mit handelsüblichen Membranen und Laminaten, gut ab. Auf vergleichsweise sehr geringem Niveau liegt indessen die Elastizität (lediglich 3-5% Dehnung). Damit verbunden ist sicherlich auch die starke Sprödheit, die einen Einsatz im Bekleidungsbereich quasi ausschließt, gleichwohl die bekleidungs-physiologischen Eigenschaften sämtlicher erzeugten PA-Beschichtungen und Membranen mit Ausnahme der Wassersäule auf respektablem Niveau liegen. Kennzeichnend hierfür sind die hohe Wasserdampfdurchlässigkeit bzw. der geringe Wasserdampfdurchgangswiderstand sowie die Luftdichtheit. Möglicherweise liegt der Einsatz der hergestellten, neuen Polyamidbeschichtungen bzw. Membranen daher eher im technischen Bereich, also bei technischen Textilien, bei denen die Haptik keine Rolle spielt. Diesbezüglich interessant könnten v.a. die m-aramidmembranen sein, für die aufgrund ihrer Schwerentflammbarkeit ent-sprechende Einsatzbereiche denkbar sind. Generell weisen alle hergestellten Polyamidbeschichtungen eine sehr gute Haftung auf. Diese war so groß, dass eine quantitative Bestimmung nach üblichen Prüfmethoden nicht möglich war. Alternativ wurde die Gitterschnittmethode durchgeführt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Vorhabensziele nur zum Teil erreicht wurden. Zwar ist es gelungen, über den Stand der Technik hinaus ein neues Verfahren zur Verarbeitung diverser Polyamide zu entwickeln und wesentliche Erkenntnisse zur Herstellung von PA- Schichten über den Phaseninversionsprozess zu gewinnen, wobei hierbei v.a. auch für die neue Verbindungsklasse der ionischen Flüssigkeiten wesentliche Grundlagen erarbeitet wurden. Doch ist einschränkend - und dies auch vor dem Hintergrund einer technischen Umsetzbarkeit zu sagen, dass ausgerechnet das hinsichtlich seines Eigenschaftsspektrums Seite 6 von 7

exzellente PA 6 sich letztlich als äußerst schwierig in der Handhabbarkeit der hergestellten Lösungen herausgestellt hat. Die hohe Viskosität macht eine Temperaturführung über jeden einzelnen Prozessschritt vor und während der Beschichtung von ca. 110 notwendig. Danksagung Das IGF-Vorhaben 17461 N der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e.v., Reinhardtstraße 12-14, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Seite 7 von 7