Entwicklung einer Bechichtung Halloysite/Thermoplast-Matrix mit hoher UV-Absorption und deren textilphysikalische und -chemische Charakterisierung
ZIM ZF 4250115CJ9
Abstract
Beschattungstextilien im In- und Outdoor-Bereich stellen ein wachsendes Interessengebiet des Marktes und einen wichtigen Ansatz zur Prävention von durch UV-Strahlung bedingten gesundheitlichen Schäden dar. Im Gegensatz zu den am Markt befindlichen UV-Schutz-Textilien können die im Projekt entwickelten neuartigen Beschichtungen den Hauptanteil ihres UV-Schutz-Faktors aus den Eigenschaften natürlicher Mineralien (Halloysiten) generieren. Zur Realisierung der speziellen Aufgabenstellung sind im Projekt textile 2D- und 3D- Flächengebilde als Trägermaterialien für Beschichtungen mit Halloysite/Thermoplast-Matrices entwickelt worden. Die Entwicklung gebrauchsspezifischer Prüfszenarien rundet die Produktentwicklung ab.
Shading textiles for indoor and outdoor use represent a growing area of interest in the market and an important approach to the prevention of health damage caused by UV radiation. In contrast to the UV-protective textiles available on the market, the innovative coatings developed in the project can generate the main part of their UV-protective factor from the properties of natural minerals (halloysites). To realise the special task, 2D and 3D textile fabrics have been developed as substrates for coatings with halloysite/thermoplastic matrices. The development of use-specific test scenarios completes the product development.
Aufgabenstellung
Ziel des Projektes war die Entwicklung von funktionellen 2D- und 3D-Textilien durch Beschichtung mit einer Halloysite/Thermoplast-Matrix. Während der Einsatz von Halloysiten in Kunststoffen bereits das UV-Schutz-potenzial dieser Materialien aufzeigte, war die Nutzung von Halloysiten zur Beschichtung von Textilien bisher nicht bekannt. Halloysite sind natürlich vorkommende Zweischichtmineralien aus der Gruppe der Phyllosilikate, welche eine hohe Porosität und eine große spezifische Oberfläche aufweisen. Im Projekt ist eine Technologie für eine Beschichtung aus einer thermoplastischen Matrix mit Halloysiten erarbeitet worden. Der Einsatz von Halloysite-Beschichtungen auf Textilien erweitert das Spektrum der UV-Schutztextilien um ein natürlich vorkommendes mineralisches UV-Schutz-Additiv.
Lösungsweg
Einfluss auf den UV-Schutz eines Textils nehmen die Eigenschaften des Textils selbst sowie die zusätzlich aufgebrachte Beschichtung zur UV-Schutz-Erhöhung. Es ist vorgesehen, durch die Beschichtung die insbesondere einer Transluzenz entgegenwirkenden Parameter Textildicke und Farbstärke bei gleichbleibend hohen UV-Schutzeigenschaften zu verringern und damit den Verbraucherwünschen anzunähern. Gleiches gilt für die Drapierfähigkeit als Gestaltungsparameter, welche wesentlich von der Flächenmasse und der Textildicke bestimmt wird (vgl. Abbildung 1).
Abb. 1: Einflussfaktoren auf den UV-Schutz eines Textils
Da die Textileigenschaften ebenfalls mit den Parametern der Beschichtung in enger Wechselwirkung stehen, ist für die anvisierten Anwendungsfälle eine Entwicklungslinie Textilkonstruktion – Beschichtungstechnologie erarbeitet worden. Dabei erfolgt die Beschichtungsentwicklung in einem ersten Schritt im Labormaßstab und ist im weiteren Projektverlauf großtechnisch in einen Rolle-zu-Rolle-Prozess überführt worden. Die entsprechenden applikationsspezifischen Prüfmethoden runden das neue Produktportfolio ab.
Ergebnis und Anwendungen
In der Projektbearbeitung sind 7 unterschiedliche Halloysite untersucht worden, welche sich durch ihre Mineralzusammensetzung unterscheiden. Diese wurden in Siebdruckversuchen auf ihre Eignung für die vorliegende Aufgabenstellung bewertet. Als Auswahlkriterien dienten die Verdruckbarkeit im Polymer/Halloy-site-Matrixsystem mit einem hohen Feststoffanteil, der Farbausfall auf dem Grundtextil, der zu erzielende UV-Schutz-Faktor und der UV-Schutz-Faktor nach gebrauchsüblicher Beanspruchung (Scheuern und Belichtung). In Tabelle 1 ist der erzielte UV-Schutz-Faktor vor und nach Beanspruchung, beispielsweise Beregnung, im Vergleich zum Ausgangsmaterial dargestellt. Weiterhin sind verschiedene Antragstechnologien, wie die Rakel/Walzentechnologie, bei Einarbeitung von bis zu 16,6 Gew.-% Halloysite untersucht worden. Im Ergebnis der Untersuchungen liegt eine Matrix vor, mit welchen Halloysite-Konzentrationen welcher UV-Schutz-Faktor erreicht werden kann.
Tabelle 1: Ergebnisse der Prüfung des UV-Schutzes mit bzw. ohne Halloysite sowie bei Feuchteeinwirkung
Eine großtechnische Übertragung der entwickelten Halloysite-Beschichtung erfolgt auf den Anlagen der Fa. Jahn GmbH & Co. KG. Durch die tranzluzenten Eigenschaften einiger verwendeter Halloysite ist eine zusätzliche Designgestaltung der beschichteten Textilien im Transferdruckverfahren möglich. Als Prototypen- und Einsatzszenario wurde ein Sonnenschirm mit einer Halloysite-Beschichtung und einem zusätzlichen Ink-Jet-Druck ausgewählt. Der gefertigte Prototyp wurde durch die Jahn GmbH & Co. KG zur Messe Techtextil im Juni 2022 in Frankfurt a.M. ausgestellt. Ein vielfaches Interesse der Messebesucher zeigt ein großes Marktpotenzial für nachhaltigen UV-Schutz.
Abb. 2: Sonnenschirm, gefertigt aus Halloysite-beschichtetem Textil, ausgestellt zur Messe Techtextil 2022
Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. (FH) Birgit Armbruster
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Tel.: 03661 / 611-400
