• Wasserabweisendes Coating

    Wasserabweisendes Coating

  • Wasserabweisende Textilien

    Wasserabweisende Textilien

Benetzen und Beschichten von Textilien

Kontaktwinkel und Oberflächenspannung zur Optimierung der Beschichtung funktionaler Textilien

Zur Herstellung funktionaler Textilien für bestimmte Aufgaben wie Nässeschutz oder Flammschutz werden synthetische oder natürliche Fasern und Gewebe beschichtet. Für die Qualität des Gewebes sind neben dem erzielten Beschichtungseffekt auch die Gleichmäßigkeit, Haftung und Langzeitstabilität der Beschichtung von Bedeutung. Unsere Tensiometer und unsere Instrumente zur Messung des Kontaktwinkels analysieren diese Größen und werden daher bei der Qualitätskontrolle und Produktentwicklung vielfältig eingesetzt.

Typische Anwendungen funktional beschichteter Fasern

  • Wasserabweisende, atmungsaktive Sport- und Freizeitkleidung
  • Schutzkleidung
  • Medizinische Gewebe wie Pflastermaterial oder abwaschbare Bezüge
  • Nässeschutz bei Zelten, Markisen oder Fahrzeugplanen
  • Selbstreinigende Textilien

Benetzung von Fasern und Geweben durch den Beschichtungsstoff

Eine gleichmäßige Beschichtung mit einem flüssigen Beschichtungsstoff erfordert eine gute Benetzung. Um diese zu erzielen, werden häufig Tenside als Netzmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung des Beschichtungsstoffes eingesetzt. Bei der präzisen Messung der Oberflächenspannung kommen unsere halb- oder vollautomatischen Tensiometer zum Einsatz.

Unsere Tensiometer messen die Effizienz des eingesetzten Tensids mittels der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC). Diese sagt aus, ab welcher Konzentration die Oberflächenspannung nicht weiter reduziert wird; daher kann durch Kenntnis dieser Größe eine teure Überdosierung vermieden werden. Unser Force Tensiometer – K100 misst die CMC vollautomatisch und optional mit einer großen Verdünnungsreihe, wodurch hohe Genauigkeit gewährleistet ist.

Wegen der häufig sehr schnellen Produktionsprozesse sind Tenside mit hoher Beweglichkeit erforderlich, welche die Oberflächenspannung schnell reduzieren. Unsere mobilen und stationären Blasendruck-Tensiometer messen die Oberflächenspannung bei Oberflächenaltern bis hinunter zu wenigen Millisekunden. Die Messdaten geben Auskunft darüber, nach welcher Zeit der gewünschte Wert der Oberflächenspannung erreicht ist. So können Tenside passend zur Prozessgeschwindigkeit ausgewählt und dosiert werden.

Benetzbarkeit des Gewebes oder einzelner Fasern

Die Benetzbarkeit der Faser oder des Gewebes wird durch den Kontaktwinkel wiedergegeben. Vor der Beschichtung sollte die Benetzung möglichst gut sein, damit eine optimale Vermittlung zwischen Beschichtungsstoff und Faser stattfindet. Der Kontaktwinkel charakterisiert auch die fertige Beschichtung und beschreibt beispielsweise, wie effektiv ein hydrophobes Coating der Faser ist. Er kann daher zur Qualitätssicherung des Beschichtungsvorgangs eingesetzt werden.

Unsere Tensiometer messen den Kontaktwinkel anhand der Benetzungskraft von Geweben oder Faserbündeln beim Kontakt mit der Flüssigkeit. Unser Tensiometer zur Messung von Einzelfasern Force Tensiometer – K100SF erfasst mit seinem hochempfindlichen Kraftsensor die winzigen Benetzungskräfte an nur einer Faser.

Unsere Messinstrumente zur Tropfenkonturanalyse ermitteln den Kontaktwinkel mit dosierten Tropfen. Auch hier können mit Hilfe einer Pikoliterdosierung und einer Mikroskopoptik einzelne Fasern vermessen werden.
Von Geweben werden Flüssigkeiten, die bei der Kontaktwinkelmessung eingesetzt werden, oft absorbiert. Der Kontaktwinkel auf Geweben wird daher häufig mit einer umgekehrten Anordnung anhand einer Luftblase gemessen, die unterhalb der vorbenetzten Probe platziert wird (Captive Bubble). Die Captive-Bubble-Methode gehört zum Standard-Funktionsumfang unserer stationären Messinstrumente für den Kontaktwinkel.

Haftung und Langzeitstabilität der Beschichtung

Maschinelles Waschen und Trocknen von Textilien und andere mechanische und thermische Beanspruchungen stellen hohe Ansprüche an die Stabilität der Beschichtung. Werden Messungen der Oberflächenspannung des Beschichtungsstoffes mit Messungen der freien Oberflächenenergie der Faser oder des Gewebes kombiniert, können die Adhäsionsarbeit und die Grenzflächenspannung berechnet werden. Die Adhäsionsarbeit ist ein Maß für die Haftung. Die Grenzflächenspannung beschreibt die inhärente Instabilität und die Neigung zur Ablösung durch Umnetzung, zum Beispiel beim Eintritt von Wasser in feine Risse. Durch die Kenntnis dieser Größen können Haftungsmängel gezielt abgestellt und die Beschichtungsstabilität optimiert werden.

Charakterisierung selbstreinigender Textilien

Wassertropfen rollen von ultrahydrophob beschichteten Geweben ab und reißen Schmutzteilchen mit sich. Daher werden solche Beschichtungen für selbstreinigende Textilien eingesetzt, zum Beispiel für Markisen. Für unsere optischen Kontaktwinkelmessgeräte haben wir spezielle Neigetische entwickelt, mit denen sich das Abrollverhalten eines Tropfens analysieren lässt. Der Abrollwinkel  beschreibt den Neigungswinkel, bei dem sich ein dosierter Tropfen in Bewegung setzt.

Optimierung der Kaschierung (Laminierung) eines Gewebes

Kaschierungen oder Laminierungen sind Schmelz- und Klebebeschichtungen durch feste Beschichtungsstoffe. Für die Qualität dieser Beschichtungen sind die Haftung und Benetzung im heißen Zustand maßgeblich. Unser umfangreiches Hochtemperaturzubehör erlaubt die Messung der Oberflächenspannung und des Kontaktwinkels bei den entsprechenden Beschichtungstemperaturen. So wird die Nachbildung des Vorgangs und die Optimierung im Hinblick auf die wirklichen Prozessbedingungen ermöglicht.

Untersuchung des Trennpapiers bei der Transferbeschichtung

Bei der Transferbeschichtung wird die Beschichtung zunächst auf ein Trennpapier aufgebracht, wo sie aushärtet. In einem zweiten Schritt wird die Beschichtung vom Trennpapier abgelöst und auf das Gewebe aufgebracht. Für die Qualität des Prozesses ist es notwendig, dass die Beschichtung besser am Gewebe haftet als am Papier. Durch Messung der jeweiligen Adhäsion mit unseren Messinstrumenten für den Kontaktwinkel kann die Qualität der beteiligten Oberflächen bewertet und optimiert werden.

KRÜSS Applikationsberichte

AR251: Auf den Kopf gestellt: Oberflächenenergiemessung von Textilien mit der Captive-Bubble-Methode

Reines Baumwollgewebe und Baumwolle mit Polymeranteil werden mit der Captive-Bubble-Methode untersucht. Die Messungen belegen eine geringere freie Oberflächenenergie und insbesondere einen kleineren polaren Anteil beim Mischgewebe.

AR240: Wettability of swellable nonwovens – Determination of Contact angle against swellable non-woven Material

Schwellverhalten von Textilien ist bei der Messung des Wasser-Kontaktwinkels mit der Washburn-Methode hinderlich. In diesem Fall kann das Benetzungsverhalten mit anderen, nicht absorbierenden Flüssigkeiten charakterisiert werden.

AR231: Bewertung des Reinigungsvermögens wässriger Tensidlösungen an verschmutzten hydrophoben Textilgeweben durch Kontaktwinkel und Grenzflächenspannungsmessungen

Anhand eines Modellsystems wird gezeigt, wie die Waschwirkung von Mischungen aus Tensidlösungen und einem Netzhilfsmittel eingeschätzt werden kann. Die Zusammensetzung beeinflusst den Kontaktwinkel auf einer Faser und die Grenzflächenspannung gegenüber dem Modellschmutz.

AR228: Charakterisierung der Benetzbarkeit und Oberflächeneigenschaften von textilen Gebilden und Fasern

Verschiedene Möglichkeiten der optischen und tensiometrischen Oberflächencharakterisierung von Fasern werden vorgestellt und hinsichtlich der Anwendung für verschiedene Fragestellungen eingeordnet.