Plasmaausrüstung von Textilien mit öl- und wasserabweisenden Eigenschaften

Bei der herkömmlichen Textilveredlung werden wasser- und ölabstoßende Eigenschaften durch die nasschemische Ausrüstung mit perfluorierten organischen  Verbindungen erreicht. Dabei sind für eine gute Ölabweisung (Oleophobie) insbesondere lange Fluorcarbon-Ketten erforderlich. Sowohl während der Erstausrüstung als auch bei der Wäsche und Nachimprägnierung können jedoch molekulare Bruchstücke der Ausrüstungschemikalien freigesetzt werden. Zu diesen Bruchstücken bzw. ihren Reaktionsprodukten gehören die Perfluoroctansäure und die Perfluorhexansäure. Diese Verbindungen sind aquatoxisch, akut toxisch, bioakkumulativ und stehen im Verdacht, krebserregend zu sein.

Deswegen gilt es nun, effizientere und umweltschonendere Ausrüstungsverfahren zu etablieren, die weniger Schadstoffe emittieren, und – soweit möglich – Fluorkohlenstoffausrüstungen ganz zu vermeiden. Verzichtet werden kann darauf im Outdoor-Bereich, während bei einer persönlichen Schutzausrüstung (PSA), wie  z. B. OP-Textilien, nach wie vor auch eine Ölabweisung wichtig ist. Darüber hinaus sollten Beschichtungen auch stabil auf der Oberfläche appliziert werden, um eine permanente Nachbearbeitung des Gewebes zu vermeiden.

Eine Technik, mit der Beschichtungen unter minimalem Chemikalieneinsatz stabil (chemisch kovalent) an die Oberfläche angebunden werden können, ist die Plasmatechnik. Eine Herausforderung besteht darin, bei einer hohen Behandlungsgeschwindigkeit gleichzeitig eine hohe Schichtqualität zu erzielen. In unseren Untersuchungen wurde daher neben Prozessen, die auf gasförmigen Schichtbildnern basieren (z. B. perfluorierten Alkanen [1]), auch ein neues Verfahren angewandt, bei dem flüssige Verbindungen eingesetzt werden. Diese ermöglichen sehr hohe Abscheideraten (stets bezogen auf einen definierten Zeitraum), da die eingebrachte Stoffmenge deutlich größer ist als bei konventionellen, rein gasphasenbasierten Prozessen. Die Substanzen werden dabei in ein Niederdruckplasma eingesprüht und polymerisieren auf der Oberfläche [2].

Abb. 1 zeigt beispielhaft Messwerte für die Wasserabweisung unterschiedlich ausgerüsteter Textilien. Bei dem etablierten Test auf Hydrophobizität nach AATCC-22-Standard (American Association of Textile Chemists and Colorists) entspricht der Wert 100 einer maximalen Wasserabweisung, während der Wert 0 für eine vollständige Durchnetzung steht. Verschiedene Beschichtungen, die aus unterschiedlichen Ausgangsverbindungen hergestellt wurden, zeigen eine optimale Wasserabweisung (100 Punkte). Unter diesen finden sich sowohl perfluorierte Schichten als auch fluorfreie Alternativen. Des Weiteren lassen sich bei der Beschichtung sowohl gasförmige als auch flüssige Verbindungen einsetzen, wobei flüssige Substanzen höhere Abscheideraten ermöglichen. Die Ölabweisung nach AATCC 118 wurde ebenfalls untersucht. Hierbei zeigte sich, dass fluorfreie Alternativen keinerlei ölabweisende Eigenschaften besitzen, während bei den plasmabasierten perfluorierten Beschichtungen ein gewisser Grad an Abweisung erreicht werden konnte.

Werden die Beschichtungen einem Waschtest unterzogen, so kann eine Effektminderung auftreten. Dies ist auch von den nasschemischen Ausrüstungen bekannt und auf Abrasion, die Einlagerung von Tensiden und die Umorientierung funktioneller Gruppen zurückzuführen. Welchen Einfluss die Wäsche (nach ISO 105 C12) auf plasmaausgerüstete Textilien hat, ist beispielhaft in Abb. 2 dargestellt. In dieser Messreihe zeigt sich, dass die Stabilität der gezeigten Ausrüstung pH-abhängig ist. Offensichtlich kann eine gute Beständigkeit der Beschichtung erzielt werden. Dies wird allerdings – wie beim nasschemischen Verfahren – deutlich von der Wahl des Tensids beeinflusst.

Bei den neuen Verfahren, die auf flüssigen Verbindungen in Kombination mit Plasma basieren, sticht die hohe Abscheiderate hervor. Ferner können durch Beimischungen zusätzliche Schichtfunktionen dargestellt werden (beispielsweise eine antibakterielle Wirkung durch Silberverbindungen oder Chitosan). Über den Bekleidungssektor hinaus sind die Verfahren daher auch für weitere Anwendungsgebiete wie zum Beispiel die Medizintechnik interessant.

[1] Verfahren zur Herstellung von funktionalen Fluorkohlenstoffpolymerschichten mittels Plasmapolymerisation von Perfluorocycloalkanen,
WO 2007012472 A8.

[2] Nieder- und Mitteldruckplasmaverfahren zur Oberflächenbeschichtung mittels Precursorzuführung ohne Trägergas, EP 14191221.2.

Die Arbeiten wurden zusammen mit dem Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie der Universität Stuttgart durchgeführt. Wir danken der Deutschen Bundesstiftung Umwelt DBU für die Finanzierung dieser Arbeiten unter der Projekt-Nr. AZ 30276.

Plasma Electronic GmbH, Neuenburg a. R.