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Multifunktionale Polysiloxane für einen verbesserten Weichgriff von Textilien unter Erhalt der hydrophilen Eigenschaften



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ramona Ronge

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangVIII, 136 S. : Ill., graph. Darst.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Prüfungsjahr: 2014. - Publikationsjahr: 2015


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-08-05

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-010705
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/463846/files/463846.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/463846/files/463846.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Textilchemie und Makromolekulare Chemie (154610)
  2. Fachgruppe Chemie (150000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung hydrophiler, polysiloxanbasierte Weichmacher zur beständigen Applikation auf textilen Flächengeweben. Dafür wurden funktionelle Polysiloxane hergestellt und ihre Struktur-Wirkungsbeziehung auf Baumwoll- und Polyestergewebe untersucht. Um eine gute Haftbeständigkeit der Polysiloxane zu gewährleisten, wurden zwei Anbindungskonzepte untersucht: Zum einen über kovalente Bindung und zum anderen über multiple Wasserstoffbrückenbindungen. Für die kovalente Anbindung wurden kammartige PDMS-PEG aus Polymethylhydrogen-dimethylsiloxan und Polyethylenglykol-monoallylether über Hydrosilylierung hergestellt und mit der Haftgruppe Triethoxysilan funktionalisiert. Die maßgeschneiderten Polysiloxane zeigten eine gute Haftbeständigkeit auf Baumwollgewebe. Besonders für die Polysiloxane mit einer hohen Anzahl an Haftgruppen (PDMS-PEG 87/12-17 und 23/4-17) wurde eine verbesserte Haftbeständigkeit durch die Funktionalisierung mit Triethoxysilan erhalten. Die Polysiloxanschicht auf dem Gewebe betrug zwischen 4-9 nm und nahm mit zunehmender Schlaufenlänge und steigender Hydrophobie der Polysiloxane zu. Durch die hohe Flexibilität und die geringen Wechselwirkungen untereinander hatten die Polysiloxane einen positiven Einfluss auf den Weichgriff des Baumwollgewebes. PDMS-PEG mit großer Schlaufenlänge (100/4-7, 100/4.-17, 91/8-7, 91/-8-17 und 87/12-7) verbesserte den Weichgriff des behandelten Gewebes im Vergleich zum Ausgangsgewebe deutlich. Dabei zeigte sich der Einfluss der Polysiloxane besonders in der Verformbarkeit des Gewebes, die durch die innere Weichheit des Garns bestimmt wird. Die hydrophilen Eigenschaften der polysiloxanbehandelten Gewebe wurden im Steighöhentest bestimmt. Wie erwartet war eine Zunahme der Hydrophilie mit steigendem HLB-Wert zu beobachten. Nach Applikation der Polysiloxane mit einem Volumenanteil bis zu etwa 60 % PDMS (23/4-7, 23/4-17, 30/9-10 und 87/12-17) wurde der hydrophile Charakter der Baumwolle annähernd beibehalten. Durch Variation zwischen dem Molekulargewicht der Polysiloxane sowie der Dichte und Länge hydrophiler Seitenketten wurde mit PDMS-PEG 87/12-17 eine Balance zwischen gutem Weichgriff und hydrophilen Eigenschaften gefunden.Das zweite Konzept zur Anbindung der polysiloxanbasierten Weichmacher über Wasserstoffbrückenbindungen zeichnet sich durch seine breiten Einsatzmöglichkeiten bei der Bindung an Oberflächen aus. Als Ausgangsverbindungen dienten mittels Hydrosilylierung erhaltene kammartige Polysiloxane, die über den Koppler Phenylchloroformiat bzw. durch Epoxidendgruppen mit der Haftgruppe 2-(1-Aminoethyl)imidazolidinon funktionalisiert wurden. Hierbei stellte sich die Synthese über das Epoxid als die schnellere und effizientere Methode heraus. Die funktionellen Polysiloxane zeigten auf Polyestergewebe eine beständige Polylsiloxananschicht von etwa 5 nm. Besonders das Polysiloxan 87/12 mit einer hohen Haftgruppendichte ließ sich gleichmäßig und beständig auf Polyester applizieren. Bei PDMS-PEG 91/8-6-4 war mit Imidazolidinon eine Verbesserung der Haftbeständigkeit im Vergleich zum dem hydroxylfunktionellen PDMS-PEG festzustellen. Die über die Epoxidstrategie hergestellten Polysiloxane zeigten mit und ohne Imidazolidinon eine vergleichbar gute Haftbeständigkeit. Möglichweise führten bereits die Wechselwirkungen zwischen Epoxiden und Gewebe zu einer guten Haftung des Polysiloxans.Der Weichgriff von Polyestergewebe ließ sich durch die Behandlung mit den Imidazolidinon funktionellen Polysiloxanen 100/4, 91/8, 87/12 und 23/4 deutlich verbessern. Wie auch bei Baumwolle, zeigte sich der verbesserte Weichgriff besonders in der leichteren Verformbarkeit des Gewebes. Durch Applikation der Imidazolidinon funktionellen Polysiloxane wurde eine Hydrophobierung des Polyestergewebes verhindert und teilweise die hydrophilen Eigenschaften des Ausgangsgewebes leicht verbessert. Eine hohe Dichte an Imidazolidinon (D:Dx < 4:1) verstärkte die Hydrophilie. Eine weitere Steigerung der Hydrophilie wurde mit einem Anteil von über 40 vol% PEG erreicht, welcher in Polysiloxan 30/9-10 und 78/6/4 enthalten ist. Abschließend zum wasserstoffbrückenbasierten Bindungskonzept zeichnete sich das Imidazolidinon funktionelle Polysiloxan 87/12 durch seine gleichmäßige Applikation und Beständigkeit auf Polyestergewebe aus. Bei Hydrophilie und Weichgriff zeigten die über die Epoxidroute hergestellten Polysiloxane vergleichbar gute Ergebnisse. Zur weiteren Steigerung der Hydrophile wäre ein Polysiloxan mit einer Kombination aus PEG- und epoxyfunktionellen Seitenketten denkbar, dessen epoxyfunktionellen Seitenketten mit der Haftgruppe funktionalisiert sind. In ersten Versuchen zeigte ein solches Polysiloxan 78/6-4 sehr gute hydrophile Eigenschaften.

This thesis concerned the development of hydrophilic polysiloxan based softeners with strong adhesive properties. Functionalized polysiloxanes were designed and examined concerning their structure-response relationship on cotton and polyester fabrics. To ensure strong adhesive properties of the polysiloxanes two different binding concepts were investigated: first with covalent bonds and second with multiple hydrogen bonds.For the covalent binding concept in a first step comb-shaped PDMS-PEG were synthesized via hydrosilylation with poly(methyl hydrogen-stat-dimethyl siloxane) and poly(ethylene glycol)-monoallyl ether. Afterwards the hydroxy terminated PDMS-PEGs were functionalized with isocyanatopropyl triethoxysilane as binding moiety. Good adhesive properties were obtained with the customized polysiloxanes on cotton fabrics. Especially polysiloxanes with a high density of binding groups (PDMS-PEG 87/12-17 und 23/4-17) showed improved adhesive bond strength with triethoxysilane. The polysiloxane layer on the fabric was between 4-9 nm and increased with rising hydrophobicity of the polysiloxanes.Based on high polymer chain flexibility and only minor intermolecular interactions the polysiloxanes improved the soft handle of cotton fabric. The PDMS-PEGs with big polymer chain loops (100/4-7, 100/4.-17, 91/8-7, 91/-8-17 und 87/12-7) enhanced the soft handle significantly compared to the raw fabric. In particular the deformability of the fabrics, determined by the inner softness of a yarn, was influenced by the polysiloxanes. The hydrophilic properties of treated fabrics were measured by absorbance and rising properties of water. With higher HLB value of the polysiloxanes the hydrophilic properties of the treated fabrics increased. After the application of the polysiloxanes with a portion up to 60 vol% PDMS (23/4-7, 23/4-17, 30/9-10 und 87/12-17) the hydrophilic properties of cotton fabric was not diminished.Systematically varying polysiloxane properties such as the molecular weight, the density and length of hydrophilic sidechains yielded in PDMS-PEG 87/12-17, a polysiloxane featuring good soft handle together with adequate hydrophilic properties.The second binding concept, adhesion by hydrogen bonds, stands out due to their broad field of binding applications on various surfaces. Two different comb shaped polysiloxanes were prepared either with the coupler phenylchloroformiate or epoxy as terminal groups. Subsequently, the end groups of these starting compounds were functionalized with 2-(1-aminoethyl)imidazolidinone, the final binding group. The epoxide based synthesis proofed to be faster and more efficient.The functional polysiloxane formed a stable layer of about 5 nm on polyester fabric. In particular the polysiloxane 87/12 with a high density of binding groups was evenly applied to polyester fabric with an excellent permanence. The adhesive properties of PDMS-PEG 91/8-6-4 were improved with imidazolidinone functionalization compared to the previously hydroxyl functionalized polysiloxanes. Via the epoxide strategy prepared polysiloxanes showed with and without imidazolidinone comparably adhesive properties. Maybe the interactions between epoxides and fabric were sufficient for permanent adherence.The soft handle of polyester fabrics was significantly improved by applying imidazolidinone functionalized polysiloxanes such as polysiloxane 100/4, 91/8, 87/12 and 23/4. As observed for cotton the fabrics were easier to deform in accordance with softer handle. The application of imidazolidinone functionalized polysiloxanes did not lead to higher hydrophobicity of polyester fabrics. A high density of imidazolidinone (D:Dx < 4:1) rather enhanced the hydrophilicity. More than 40 vol% PEG (30/9-10 and 78/6/4) improved the hydrophilicity even further.Concluding the hydrogen bond based concept, the imidazolidinon functionalized polysiloxane 87/12 stood out by an even application and good durability on polyester fabric. The results of hydrophilicity and soft handle were comparably well for imidazolidinon functionalized polysiloxanes prepared via the epoxide route. To further increase the hydrophilicity a combination of PEG- and epoxy functional side chains is imaginable, where the epoxy functional chains are modified with the binding group. First experiments with such a polysiloxane 78/6/4 showed very good hydrophilic properties on polyester fabrics.

OpenAccess:
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(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT018606041

Interne Identnummern
RWTH-2015-01070
Datensatz-ID: 463846

Beteiligte Länder
Germany

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Chemistry
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
150000
154610

 Record created 2015-02-28, last modified 2023-04-08