AUSGANGSSITUATION
Die Hydro- und Oleophobierung von Leder und Textilien wird derzeit mit perfluorierten Verbindungen erreicht, um höchsten Anforderungen gerecht zu werden. Die große Stabilität der Fluor-Kohlenstoffbindung führt jedoch dazu, dass sich diese Substanzen in der Umwelt anreichern und nicht abgebaut werden. PFC sind weltweit ubiquitär nachweisbar. Vor allem perfluorierte Verbindungen mit einem auf Perfluoroctansäure basierenden Kohlenstoffgerüst sind in jüngerer Zeit auf Grund ihrer Toxizität und ihrer vermuteten Kanzerogenität stark in die Kritik geraten. Vor dem Hintergrund des erwarteten Verbotes von perfluorierten C-8-Verbindungen sind dringend alternative Wege zur Hydrophobierung von Leder und Textilien gefragt. Insbesondere die Hydrophobierung von chromfrei gegerbten Ledern stellt eine große Herausforderung dar.
Projektziel
Für eine Hydro- und Oleophobierung sind niedrigenergetische Oberflächen erforderlich. Die niedrigsten Oberflächenenergien sind durch den Einsatz von fluorierten Kohlenwasserstoffverbindungen zu erreichen. Chemische Gruppen mit den im Vergleich zu C-F-Verbindungen nächst niedrigen Oberflächenenergien sind Silikone und Methylgruppen. Im Projekt sollte mit Hilfe von silikonhaltigen verbindungen und Acrylaten mit variierendem Methylgruppenanteil ausgelotet werden, welche Verbesserungen bei der Öl- und Wasserabweisung ohne Fluor möglich sind. Dabei sollte auf schwermetallhaltige Gerbungen bzw. Fixierungen des Hydrophobierungsmittels verzichtet werden.
Lösungsweg
In einem Screening wurden unterschiedliche potentielle Hydrophobierungsmittel zur Auswahl geeigneter Substanzen zunächst an Hautpulver getestet. Dabei kamen Emulsionen von Silikonölen, Aminosilikonen, Epoxyaminosilikonen, selbstvernetzenden Silikonen und verschiedene Acrylatdispersionen zum Einsatz. Proben, die in diesem Vortest gute Wasserabweisung zeigten, wurden mit üblichen Nasszurichtungstechnologien auf chromfrei gegerbtem Leder eingesetzt. Die erhaltenen Leder wurden hinsichtlich des dynamischen Wasserdurchtritts, der Wasserdampfdurchlässigkeit und der Ölabweisung charakterisiert. Geeignete Substanzen wurden zudem als Trockenzurichtung getestet.
Ergebnisse
Durchdringungszeit für Wasser bei verschieden hydrophobierten Ledern im Penetrometer-Test bei 10 % Stauchung (Dynamische Wasseraufnahme DIN EN ISO 5403)
Neben den verschiedenen Silikonderivaten wurden Acrylate ausgewählt, die durch Copolymerisation mit Vinylestern von sogenannten Kochsäuren tertiäre Verzweigungen in der Seitenkette besitzen und daher einen erhöhten Anteil endständiger Methylgruppen aufweisen. Diese Acryl-Copolymere weisen eine hohe Wasserabweisung auf. Bei der Testung dieser Acrylate auf Hautpulver zeigte sich, dass die hydrophobierende Wirkung entscheidend vom eingesetzten Tensid beeinflusst wurde.
Die Wahl des Emulgators entschied darüber, ob überhaupt eine hydrophobe Wirkung eintrat oder nicht. Die erzielte wasserabweisende Wirkung konnte jedoch nur eingeschränkt auf Leder übertragen werden. Um eine gute Hydrophobierung auf Leder zu erreichen, war ein Brechen der Acrylat-Dispersion mit Aluminiumsalz nötig. So konnten sehr gute Wasserdurchtrittszeiten von mehr als 10 Stunden realisiert werden (vgl. Abbildung).
Die Wasserdampfdurchlässigkeit des Leders sinkt dabei auf 800 g/d m² gegenüber 1100 g/d m² für ein unbehandeltes Leder. Eine Ölabweisung konnte erwartungsgemäß nicht beobachtet werden (Note 2 nach AATCC 118). Die Ölabweisung konnte bei Einsatz eines Aminosilikons in der Zurichtung auf Note 3 verbessert werden.
Danksagung
The project ‚Ecological durable water & oil repellency – ECO‐DWOR‘ was performed in co‐operation with the Belgian Textile Research Centre CENTEXBEL within the framework of the Transnational Collective Research Networking between SME associations and research organisations (cornet). In Flanders the project was funded by the VLAIO. We would like to thank our colleagues at CENTEXBEL D. de Smet and M. Vanneste as well as all other involved partners in Belgium and Germany for their support.
Das IGF‐Vorhaben 176 EBR der Forschungsvereinigung Verein zur Förderung des Forschungsinstitutes für Leder und Kunststoffbahnen (FILK) Freiberg/Sachsen e. V. Meißner Ring 1, 09599 Freiberg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und ‐entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.