670 Industrielle und handwerkliche Fertigung
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Das vorliegende Taschenbuch fasst die bekannten Berechnungsformeln und Erkenntnisse aus der betrieblichen Praxis und aus wissenschaftlichen Untersuchungen im Bereich des Weberei-Vorwerks und der Weberei zusammen. Die bei der Gewebeherstellung notwendigen Entscheidungsprozesse sollen damit erleichtert werden.
Mit dieser Formelsammlung lassen sich jedoch nicht nur die optimalen Fertigungsvorschriften für Gewebe praxisgerecht erstellen, sondern auch die wichtigsten technischen und physikalischen Grundlagen des Fabrikbetriebs werden in der gebotenen Kürze dargestellt.
Porous silica materials are often used for drug delivery. However, systems for simultaneous delivery of multiple drugs are scarce. Here we show that anisotropic and amphiphilic dumbbell core–shell silica microparticles with chemically selective environments can entrap and release two drugs simultaneously. The dumbbells consist of a large dense lobe and a smaller hollow hemisphere. Electron microscopy images show that the shells of both parts have mesoporous channels. In a simple etching process, the properly adjusted stirring speed and the application of ammonium fluoride as etching agent determine the shape and the surface anisotropy of the particles. The surface of the dense lobe and the small hemisphere differ in their zeta potentials consistent with differences in dye and drug entrapment. Confocal Raman microscopy and spectroscopy show that the two polyphenols curcumin (Cur) and quercetin (QT) accumulate in different compartments of the particles. The overall drug entrapment efficiency of Cur plus QT is high for the amphiphilic particles but differs widely between Cur and QT compared to controls of core–shell silica microspheres and uniformly charged dumbbell microparticles. Furthermore, Cur and QT loaded microparticles show different cancer cell inhibitory activities. The highest activity is detected for the dual drug loaded amphiphilic microparticles in comparison to the controls. In the long term, amphiphilic particles may open up new strategies for drug delivery.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, unter Verwendung von photokatalytisch aktiven Zinkoxid- und/oder Titandioxid-Partikeln Kombinationsausrüstungen für die Textilindustrie zu entwickeln, welche einen hohen UV-Schutz (UPF-Wert: 50+), eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit und selbsteinigende Eigenschaften garantieren, um so neue hygienischere Textilien zu schaffen. Hierzu sollten wässrige Ausrüstungen entwickelt werden, die über konventionelle Veredlungstechniken – „pad-dry-cure“ – appliziert werden können. Die Aktivität der Partikel sollte unter Einstrahlung von Raumlicht gegeben sein. Daher sollten die Partikel so modifiziert werden, dass ihre Absorption im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes liegt.
Für die Erfüllung der Projektziele wurden verschiedene dotierte TiO2- und ZnO-Nanopartikel synthetisiert, die durch das Einbringen von Dotanden eine Verschiebung der Absorption elektromagnetischer Strahlung erfahren haben. Ein Aktivitätsscreening geeigneter Kandidaten zeigte, dass einige einen Abbau organischer Referenzmaterialien katalysierten und eine antibakterielle Aktivität vorwiesen. Eisendotiertes Zinkoxid (Fe-ZnO) vereinte die beiden gewünschten Eigenschaften in ausreichendem Maße und verfügte zudem über eine hohe Absorption von UV-Strahlung, sodass damit auch das dritte Projektziel - ein ausreichender UV-Schutz - erreicht werden konnte.
Die wiederholte Synthese von Fe-ZnO gelang im Labormaßstab. Die Partikel konnten durch das Sol-Gel-Verfahren mittels anorganischem Tetraethoxysilan, sowie über einen organischen Polyurethanbasierten Binder durch Foulardierverfahren an verschiedenen Textilien immobilisiert werden. Die Waschstabilität war gegeben und eine Photodegradation des Binders und der Textilien konnte zumindest für das TEOS-System ausgeschlossen werden. Das Aktivitätsscreening der ausgerüsteten Textilien zeigte, dass immobilisierte Nanopartikel zwar zum Erreichen der anvisierten
Projektziele genügen, jedoch konnte die Aktivität des als Referenz verwendeten TiO2 nicht übertroffen werden.
Insgesamt ergab sich ein Einblick in den Nutzen von Nanopartikeln als katalytisch aktive Substanz, die zur Ausrüstung von Textilien geeignet ist. Um eine genügende Aktivität im sichtbaren Wellenlängenbereich zu erzielen und damit einen Nutzen für eine Innenraumanwendung zu generieren, müssen jedoch deutlich besser die Grundlagen der Dotierung und ihre Auswirkung auf die ROS-Generierung verstanden werden.
Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden zum Teil erreicht.
Im IGF-Projekt Nr. 19617 N wurden stickstoff- und phosphorsubstituierte Alkoxysilane hergestellt und ihre flammhemmenden Eigenschaften für Textilien untersucht. Die Synthesen erfolgten nach unterschiedlichen Strategien wie der Klick-Chemie und der nukleophilen Substitution kommerziell erhältlicher Organophosphorverbindungen mit aminobasierten Trialkoxysilanen und/oder Cyanurchlorid. Diese neuartigen, halogen- und aldehydfreien Flammschutzmittel wurden auf Stoffe aus Baumwolle (BW), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA), sowie Mischgeweben daraus mit der industriell etablierten Pad-Dry-Cure-Technik und mittels Sol-Gel-Verfahren aufgetragen. Die flammhemmenden Eigenschaften wurden mit den Prüfverfahren nach EN ISO 15025 (Schutzkleidung – Schutz gegen Hitze und Flammprüfverfahren für begrenzte Flammenausbreitung= bewertet. Eine gute Schwerentflammbarkeit der hybriden organisch-anorganischen Materialien wurde bei einer geringen Menge von 3-5 Gew.% auf Baumwollgeweben erreicht. Darüber hinaus konnten die Wasserlöslichkeit und die Waschbeständigkeit durch die an das Phosphoratom gebundenen funktionellen Gruppen und durch die Optimierung der Härtungstemperatur kontrolliert werden. Insgesamt zeigte das Forschungsprojekt, dass N-P-Silane sehr gute permanente Flammschutzmittel für Textilien sind.
Der betriebswirtschaftlichen Forschung in der Textil- und Bekleidungsindustrie gelingt es nicht, Lösungen zu erarbeiten, die das Nachhaltigkeitsproblem der Branche lösen. Dies liegt primär an der Art und Weise, wie in unserem Fachbereich geforscht wird. In Anbetracht der Problemstellung kann der starke Fokus auf empirische Arbeiten nur eine begrenzte Hilfestellung leisten. Denn empirische Forschung erfolgt innerhalb der bestehenden Denkmuster und ist tendenziell gegenwarts- oder vergangenheitsorientiert. Für die Lösung zukunftsorientierter Fragestellungen werden jedoch völlig neue Parameter und Logiken benötigt. Ein Umdenken ist gefragt.
Das textile Bauen ist ein seit vielen Jahren wachsender Bereich der Textilindustrie. Durch die Verwendung textiler Materialien bieten sich nicht zuletzt für die Architektur neue gestalterische Möglichkeiten, die mit konventionellen Baumaterialien nicht realisierbar sind. Bekannte Beispiele für textile Bauwerke sind große Sportarenen, Bahnhöfe und Flughäfen. Dabei sind Leichtbauweisen und zumindest teilweise Transparenz der Bauwerke auf einer Seite herausragende Eigenschaften, auf der anderen Seite stellen diese Gebäude besondere Anforderungen an das Klima- und Energiemanagement. Der Innenraum kann sich bei Sonneneinstrahlung stark aufheizen, da neben dem sichtbaren Licht vor allem ein Großteil des Infrarotanteils der solaren Strahlung transmittieren kann. Im konventionellen Bauen existieren bereits hohe Anforderungen an die energietechnische Ausgestaltung von Bauwerken, die u.a. über eine effiziente Wärmedämmung erfüllt werden. Dies wird in der Regel mit Hilfe von voluminösen, offenporigen Dämmstoffen erreicht. Ziel ist es dabei vornehmlich, den Verlust von Wärme aus dem Innenraum zu verringern, gleichzeitig können schlecht wärmeleitende Stoffe bei hoher Masse und hoher spezifischer Wärmekapazität Temperaturspitzen im Sommer abpuffern. Auch für das textile Bauen ist die Energieeffizienz ein wichtiger Aspekt. Die Verwendung von schweren Dämmstoffen widerspricht dabei aber der Idee der flexiblen textilen Leichtbauweise.
In the IGF project No. 19617 N, nitrogen and phosphorous substituted alkoxysilanes were prepared and their ability to inhibit fire growth and spread for fabrics was explored. To this end, a series of flame retardants were synthesized using different strategies including click chemistry and nucleophilic substitution of commercial organophosphorus compounds with amino-based trialkoxysilanes and/or cyanuric chloride. The new halogen-free and aldehyde-free flame retardants were applied to different fabrics such as cotton (CO), polyethylene terephthalate (PET), polyamide (PA) and their blends using the well-known pad-dry-cure technique and sol-gel method. The flame-retarding efficiencies were evaluated by EN ISO 15025 test methods (protective clothing-protection against heat and flame method of test for limited flame spread). Good flame retardancy of the hybrid organic-inorganic materials was achieved with the addition of as small amount as 3-5 wt.% for cotton fabrics. Moreover, the water solubility and the washing resistance could be controlled through the functional groups attached to the phosphor atom or through the optimization of the curing temperature. Overall, the research project demonstrated that N-P-silanes are very good permanent flame retardants for textiles.
A systematic study using a central composite design of experiments (DoE) was performed on the oxygen plasma surface modifications of two different polymers—Pellethane 2363-55DE, which is a polyurethane, and vinyltrimethoxysilane-grafted ethylene-propylene (EPR-g-VTMS), a cross-linked ethylene-propylene rubber. The impacts of four parameters—gas pressure, generator power, treatment duration, and process temperature—were assessed, with static contact angles and calculated surface free energies (SFEs) as the main responses in the DoE. The plasma effects on the surface roughness and chemistry were determined using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Through the sufficiently accurate DoE model evaluation, oxygen gas pressure was established as the most impactful factor, with the surface energy and polarity rising with falling oxygen pressure. Both polymers, though different in composition, exhibited similar modification trends in surface energy rise in the studied system. The SEM images showed a rougher surface topography after low pressure plasma treatments. XPS and subsequent multivariate data analysis of the spectra established that higher oxidized species were formed with plasma treatments at low oxygen pressures of 0.2 mbar.