Open Access

Im Rahmen des Forschungsprojektes sollten die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Sol-Gel-Ausrüstung für die Verbesserung der Scheuer-/Abrasionsbeständigkeit für Gewebe aus unterschiedlichen Fasermaterialien untersucht werden. Dabei lag der Schwerpunkt auf Textilien für die Bereiche Bekleidung- /Berufsbekleidung sowie Bezugsstoffe (Möbel, Automotive, Personentransport).

Hauptziel des Projektes war zum einen die Entwicklung einer validen Testmethode auf Grundlage vorliegender Normen, welche die in der betrieblichen Praxis auftretende Degradation abreinigbarer Filtermedien (hohe Temperaturen, aggressive chemische Atmosphären) praxisnah abbilden kann. Die Methode sollte auch die mechanische Alterung der Medien durch Staubbeaufschlagung sowie Abreinigungs Druckstöße berücksichtigen (DIN ISO 11057). Innerhalb des Projektes konnten umfangreiche Praxiserfahrungen mit der Inbetriebnahme und dem Betrieb einer schadgasbeaufschlagten, temperierbaren Testkammer zur chemischen Alterung von Filtermedien auf Grundlage der Vorgaben der DIN EN ISO 16891 gewonnen werden. Sollen vergleichbare Prüfdaten für mehrere Proben verlässlich ermittelt werden, sind bei den Untersuchungen demnach umfangreiche Randbedingungen zu beachten. Insbesondere zeigten die Untersuchungen den hohen technischen Aufwand zur Durchführung der Filtertests auf, welche nicht zuletzt auch aufgrund der erforderlichen Sicherheitstechnik und langen Untersuchungsdauer eine Umsetzung insbesondere bei KMU aus wirtschaftlichen Gründen erschwert ist. Es konnte weiter dargestellt werden, dass die Kombination von chemisch-thermischer und mechanisch(-thermischer) Alterung durch den Einsatz verschiedener Prüfeinrichtungen grundsätzlich umsetzbar ist. Die im Rahmen des Vorhabens entwickelte Testmethode einer chemischen Alterung der Filtermatrices durch Gasphasenexposition in einer Druckkammer ermöglicht kürzere Beanspruchungszeiträume bei reduziertem zu behandelnden Schadgasanfall und kann damit den wirtschaftlichen Betrieb eines entsprechenden Prüfstandes ermöglichen. Kombiniert mit der externen mechanischen Alterung durch Staubbeaufschlagung und Möglichkeit der parallelen Temperaturaufprägung gem. EN ISO 16891 auf mehrere Filtermedien-Proben lässt sich das thermisch, chemisch und mechanisch induzierte Degradationsverhalten von Filtermedien ggf. realitätsnah und mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand in eine Prüfvorschrift überführen. Entsprechende Validierungsarbeiten sind Bestandteil eines aktuell gestarteten Folgeprojektes. Das zweite Hauptziel des Projektes war es Ausrüstungen zu entwickeln, die zu einer verbesserten Beständigkeit gegenüber aggressiven Komponenten führen. Die Ergebnisse zeigten, dass mit dem Sol-Gelverfahren mechanisch stabile Beschichtungen auf Faservlies dauerhaft aufgetragen werden konnten, welche insbesondere die chemisch induzierte Degradation von Aramiden reduzieren können. Bei Aramiden handelt es sich um relativ teure Hochleistungsmaterialien, von welchen bekannt ist, dass ihre Beständigkeit sowohl gegen über UV-Strahlung als auch unterschiedlichen Schadgasen gering ist. Daher stellen die Beständigkeit der Materialien verbessernde Ausrüstungen eine wichtige Entwicklung für Unternehmen dar, um auf diese Weise beständigere Aramid-basierte Produkte zu erhalten. Als besonders geeignet stellten sich dabei Fluorcarbonausrüstungen, organisch-anorganische Hybride auf Basis von GPTMS und Zirkonium-haltige Ausrüstungen heraus.

The wet chemical deposition of solution processed transparent conducting oxides (TCO) provides an alternative low cost and economical deposition technique to realize large-areas of conducting films. Since the price for the most common TCO Indium Tin Oxide rises enormously, Aluminum Zinc Oxide (AZO) as alternative TCO reaches more and more interest. The optoelectronical properties of nanoparticle coatings strongly depend beneath the porosity of the coating on the shape and size of the used particles. By using bigger or rod-shaped particles it is possible to minimize the amount of grain boundaries resulting in an improvement of the electrical properties, whereas particles bigger than 100 nm should not be used if highly transparent coatings are necessary as these big particles scatter the visible light and lower the transmittance of the coatings. In this work we present a simple method to synthesize AZO particles with different shape and size, but comparable electronical properties. We use a simple, well reproducible polyol method for synthesis and influence the shape and size of the particles by adding different amounts of water to the precursor solution. We can show that the addition of aluminum as dopant strongly hinders the crystal growth but the addition of water counteracts this, so that both, spherical and rod-shaped particles can be obtained.

The sol-gel approach offers a new class of flame retardants with a high potential for textile applications. Pure inorganic sol-gel systems do, however, typically not provide an effect sufficient for a sel-fextinguishing behavior on its own. We therefore employed compounds with nitrogen and phosphorous containing groups. Especially the combination of compounds with both elements, using the synergism, is promising for the aim to find well-applicable, environmental friendly, halogen-free flame retardants. In our approach, the sol-gel network ensured on the one hand the link to the textile as nonflammable binder. On the other hand, the sol-gel-based networks modified with functional groups containing nitrogen groups provided flame retardancy. In this way, a flame retardant finishing for textiles could be obtained by simple finishing techniques as, e.g., padding. Besides a characterization with various flame tests (e.g., according to EN ISO 15025 e protective clothing), we used a combination of cone calorimetry, thermogravimetry coupled with infrared spectroscopy analysis and scanning electron microscopy to analyze the mechanism of flame retardancy. Thus, we could show that the main mechanism is based on the formation of a protection layer. This work provides a model system for sol-gel-based flame retardants and has the potential to show the principle feasibility of the sol-gel approach in flame retardancy of textiles. It therefore lays the groundwork for tailoring sol-gel layers from newly synthesized sol-gel precursors containing nitrogen and phosphorous groups.

Im Zuge von REACH wurden gängige hocheffektive halogenierte Flammschutzmittel verboten, da diese unter dem Verdach stehen, kanzerogen, mutagen und teratogen zu sein. Zur Zeit fehlen entsprechende Alternativen. Daher werden am DTNW neue umweltfreundliche und halogenfreie Flammschutzmittel auf der Basis von Phosphor- und Stickstoffverbindungen entwickelt, um einen entsprechenden Flammschutz zu gewährleisten. Neue Möglichkeiten werden im Rahmen dieses Artikels vorgestellt.