Funktionelle Multifilamentgarne auf PLA-Basis mit photochrom und thermochrom schaltenden Eigenschaften für langzeitstabile, textile Verschattungsmaterialien
Projektleiter: Dr. Thomas Welzel
Projektnummer: BMWi/ IGF, 19139 BR
Laufzeit: 01.01.2017 – 30.06.2019
Aufgabenstellung
Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung von funktionellen Garnmaterialien mittels Schmelzspinnen auf Basis von Polymilchsäure (PLA), welches aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen wird, sowie der dafür notwendigen Technologien zur Erzeugung von photochrom bzw. thermochrom schaltenden Mono- und Multifilamentgarnen inklusive der Entwicklung von innovativen Strategien zur Verbesserung ihrer Langzeitstabilität bzw. Ermüdungsbeständigkeit. Diese Materialien ändern selbsttätig ihre Farbe bzw. Lichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit von Lichteinfall und Temperatur, ohne von einer äußeren Steuerung abhängig zu sein. Anwendungen hierfür sind insbesondere im Bereich der Verschattungselemente zu sehen, die gewonnenen Erkenntnisse sind aber ebenso nutzbringend für die Herstellung von dekorativen Textilien sowie in Spritzguss- und Folienanwendungen.
Ergebnisse
In dem Projekt wurden unterschiedliche Wege der Steigerung der Langzeitstabilität chromogener Garne evaluiert. Durch innovative Anwendung der Bikomponentenschmelzspinntechnologie war es möglich, Filamente aus PLA mit einem Mantel aus anderen thermoplastischen Polymeren zu versehen, die einerseits als Barriere gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff, andererseits als Modifikatoren der Garneigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit wirkten. Als weiteres innovatives Verfahren gelang es, aus Lösung glasartige Schichten in definierter Dicke auf den Filamenten zu applizieren. Diese haben bereits ab wenigen Mikrometern Schichtdicke ausgezeichnete Barrierewirkungen gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff, welche die Lebensdauer der chromogenen Pigmente wesentlich beeinflussen. Neben organischen Farbstoffen wurden verglaste Pigmente auf Silberhalogenidbasis verwendet. Die erhaltenen Filamente zeigten photochromes Verhalten, jedoch waren die nötig Pigmentmengen für einen ausreichenden Effekt zu groß. Die hergestellten PLA-Filamente wurden hinsichtlich ihrer Farbänderung bei Aktivierung und ihrer Langzeitstabilität charakterisiert. Nach Abwägung des Einsatzzwecks und der entsprechenden Bedingungen können aus diesen PLA-Garnen Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen mit farbverändernden Eigenschaften hergestellt werden.
Anwendung
Die gewonnenen Ergebnisse können vielfältigen Einsatz in kleinen und mittelständischen Unternehmen haben. Möglich ist eine Anwendung in Verschattungselementen, die ohne weitere aktive Steuerung den Lichteinfall in Räumen regulieren. Im Zuge einer Masterarbeit wurde der Einsatz bei der Schaffung von temporären Raumteilern aufgezeigt. Weiterhin sind dekorative Anwendungen im Textil-, Folien- und Spritzgussbereich möglich. Der Fokus kann dabei auf der Herkunft des Kunststoffs aus nachwachsenden Rohstoffen liegen, ein weiteres Augenmerk könnte die mögliche Kompostierbarkeit des Materials am Ende des Lebenszyklus sein.