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Energy consumption by air-conditioning is expansive and leads to the emission of millions of tons of CO2 every year. A promising approach to circumvent this problem is the reflection of solar radiation: Rooms that would not heat up by irradiation will not need to be cooled down. Especially, transparent conductive metal oxides exhibit high infrared (IR) reflectivity and are commonly applied as low-emissivity coatings (low-e coatings). Indium tin oxide (ITO) coatings are the state-of-the-art application, though indium is a rare and expensive resource. This work demonstrates that aluminum-doped zinc oxide (AZO) can be a suitable alternative to ITO for IR-reflection applications. AZO synthesized here exhibits better emissivity to be used as roofing membrane coatings for buildings in comparison to commercially available ITO coatings. AZO particles forming the reflective coating are generated via solvothermal synthesis routes and obtain high conductivity and IR reflectivity without the need of any further post-thermal treatment. Different synthesis parameters were studied, and their effects on both conductive and optical properties of the AZO nanoparticles were evaluated. To this end, a series of characterization methods, especially 27Al-nuclear magnetic resonance spectroscopy (27Al-NMR) analysis, have been conducted for a deeper insight into the particles’ structure to understand the differences in conductivity and optical properties. The optimized AZO nanoparticles were coated on flexible transparent textile-based roofing membranes and tested as low-e coatings. The membranes demonstrated higher thermal reflectance compared with commercial ITO materials with an emissivity value lowered by 16%.

Schweißerschutzkleidung muss unterschiedlichen Anforderungen genügen. Sie muss u.a. flammfest sein, den Schweißer vor Metallspritzern schützen, die beim Schweißen entstehen, und auch einen Schutz vor UV-Licht sicherstellen, das im Schweißbogen entsteht. Besonders der Schutz vor Metallspritzern wird durch das Flächengewicht der Textilien bestimmt. Der entsprechende Schutzfaktor wird durch Tropfen flüssigen Eisens bestimmt, die auf ein Gewebe fallen. Dabei gilt: je höher das Flächengewicht, desto höher der Schutz vor Schweißspritzern. Jedoch gilt auch: je höher das Flächengewicht, desto schlechter ist der Tragekomfort und desto wärmender ist die Kleidung und damit die körperliche Belastung des Trägers. Durch die Applikation von Nanopartikeln ist es möglich, das benötigte Flächengewicht der Kleidung zu reduzieren.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, den Effekt des Säureschutzmantels der menschlichen Haut auf der textilen Oberfläche unter der Verwendung von Säurekatalyten nachzuahmen, um so neuartige, antibakterielle Textilien zu entwickeln. Hierzu sollten für die Textilindustrie wässrige Ausrüstungen entwickelt werden, die über konventionelle Veredlungstechniken wie das Foulardieren appliziert werden können. Die Aktivität der Ausrüstung sollte im feuchten Millieu gegeben sein, um einen Effekt beim Tragen von z.B. Funktionskleidung oder Arbeitskleidung im medizinischen Bereich zu gewährleisten. Für die Erfüllung der Projektziele wurden verschiedene kommerzielle Polyoxometallate verwendet. Zudem wurden Polyoxometallate synthetisiert und funktionalisiert. Diese führen im wässrigen Millieu eine saure Katalyse durch und kommen als industrielle Katalysatoren an Membranen gebunden zum Einsatz. Ein Aktivitätsscreening geeigneter Kandidaten zeigte, dass eine wässrige Applikation möglich ist und zu einer antibakteriellen Aktivität der ausgerüsteten Textilien führt. Die Polyoxometallate konnten durch das Sol-Gel-Verfahren mittels Tetraethoxysilan durch Foulardierverfahren im Labormaßstab an verschiedenen Textilien immobilisiert werden. Eine Hochskalierung auf den Technikumsmaßstab gelang ebenfalls. Das Aktivitätsscreening der Ausrüstungen zeigte, dass ein saurer Oberflächen-pH-Wert von ≤ 4 durch die entwickelte Ausrüstung möglich ist und zu einem antibakteriellen Effekt führt. Die Abrasionsbeständigkeit war gegeben. Nach Waschversuchen verloren die Ausrüstungen zum Teil ihren antibakteriellen Effekt. Insgesamt ergab sich ein Einblick in den Nutzen von Polyoxometallaten als katalytisch aktive Substanz, die zur Ausrüstung von Textilien geeignet ist. Da die in diesem Forschungsvorhaben synthetisierten Polyoxometallate keine genotoxische und mutagene Aktivität aufweisen, können die KMU des textilveredelnden Wirtschaftszweigs eine neue Art der antibakteriellen Ausrüstung anwenden. Um eine Waschstabile Ausrüstung zu erzielen, müssen die Funktionalisierungen und darüber die Bindung der Polyoxometallate an die Ausrüstungsmatrix jedoch weiterentwickelt werden. Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden erreicht.

The requirements for textiles differ greatly depending on the area of application, whereby it often does not remain with only one required functionality. For example, in the field of functional clothing or protective clothing/PPE, it is necessary to protect the textile’s wearers from UV radiation. At the same time, self-cleaning effects offer certain advantages in that field. In addition, an antimicrobial effect in functional clothing can reduce the formation of unpleasant odors, and in PPE – especially in the healthcare sector – can contribute to the interruption of the chain of infection. One way to achieve these 3 desired functions in just one finishing step is to immobilize titanium dioxide (TiO2). However, TiO2 is viewed critically for application in the textile sector due to a REACH listing. Another disadvantage is that it only takes effect under UV radiation and is therefore not suitable for indoor use. Alternatively, photocatalysts such as doped zinc oxides (ZnO) can be used, which also exhibit catalytic activity through activation by visible light, which can lead to the killing of microorganisms and the degradation of organic soiling.

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden Ausrüstungsmittel und -verfahren entwickelt, die dem vorbeugenden Schutz von Textilien (insbesondere Bodenbelägen) vor Anschmutzung dienen. Das Verfahren sieht eine kombinierte Ausrüstung von Textilien mit fluorierten Polymeren mit inkorporierten Nanopartikeln (in erster Linie: SiO2) zur Erhöhung der Rauhigkeit vor. Es wurden kommerziell erhältliche Hydrophobiermittel (Fluorcarbon- oder Kohlenwasserstoff-basierte Polymere) in Kombination mit SiO2-Nanopartikeln auf Teppiche aufgebracht und hinsichtlich eines Anschmutzens - z.B. durch Kaffee, KoolAid, Rotwein, AATCC Standard Soil, schwarze Schuhcreme - untersucht. Hierzu wurden die scherempfindlichen Dispersionen der Hydrophobiermittel mit neu entwickelten angepassten Dispersionen von SiO2-Nanopartikel versetzt. Die SiO2-Nanopartikel wurden mit systematisch variierten Größen von 10-1.000 nm synthetisiert, umfassend charakterisiert und mit Hilfe von neu entwickelten Fluormethacrylat-Copolymeren mit reaktiven Gruppen (Maleinsäure-, Itaconsäure- oder Citraconsäureanhydrid) und hydrophilen Modifiern (Alkohol- oder Amingruppen) stabilisiert. Die resultierenden Polymer-Teilchen-Dispersionen konnten aus wässrigen oder ethanolisch-wässrigen Lösungen auf Textilien (PA-, PES- oder WO-Teppiche und -Gewebe) appliziert werden. Weiterhin wurden auch die neu entwickelten Fluorcarbon-Polymere hinsichtlich ihrer Anwendung getestet. In Anschmutzungsversuchen wiesen die so ausgerüsteten Teppiche ein geringeres Anschmutzen durch Standardschmutz als Referenzmaterialien auf. Die Beständigkeit der Ausrüstung bei mechanischer Belastung konnte durch Vernetzung der Polymere auf dem Textilmaterial verbessert werden. Für PA 6- und PA 6.6-Teppiche wurden die besten Ergebnisse hinsichtlich eines geringeren Anschmutzens durch wasserlösliche Verschmutzungen (Kaffee, Rotwein, KoolAid) im Vergleich zu unbehandelten Teppichen ermittelt, wenn die Ausrüstung mit Fluorpolymer-stabilisierten SiO2-Nanopartikeln oder mit einer kombinierten Dispersion aus SiO2-Partikeln und Fluorcarbonharzen vorgenommen wurde. Eine im Vergleich zu unbehandelten Teppichen weniger starke Anschmutzung durch AATCC Standard Soil (DIN EN ISO 11378-2) wurde für mit SiO2-Partikeln behandelte PA 6-Teppiche ermittelt. Hydrophobe Anschmutzungen (z.B. schwarze Schuhcreme) konnten von mit Fluorcarbon-Polymeren ausgerüsteten Teppichen am besten entfernt werden. Die Kombination von SiO2-Partikeln mit Fluorcarbon-Polymeren erwies sich meist als günstiger als die alleinige Behandlung mit Fluorcarbonharzen. Ein Zusammenhang zwischen der Größe der Nanopartikel, der Abrasionsbeständigkeit und den Reinigungseigenschaften wurde festgestellt, und es konnte gezeigt werden, dass FC-Nanopartikel-Composites diese verbessern. Die mechanische Beständigkeit der Antischmutzausrüstung mit SiO2-Nanopartikeln und Fluorcarbon-Polymeren auf Polyamidteppichen wurde z.B. durch Hexapod-Trommelbeanspruchung (nach ISO 10361) geprüft. Durch REM, IR-Spektroskopie und den Wassertropfentest wurde nach 4.000 und auch nach 12.000 Touren noch eine intakte Beschichtung nachgewiesen. Mit Vernetzern, die das Polymer selbst, das Polymer mit Partikeln und/oder der Substratoberfläche vernetzen, konnte z.T. die Abrasionsbeständigkeit verbessert werden (hier müssen ggf. optimalere Vernetzer gesucht werden).