Bronkhorst

Hydrophobe Beschichtungen - die Antwort für alle Outdoor-Aktivitäten

17. November 2020 Dominique Meier

Seit die Corona-Pandemie zu Einschränkungen unserer Bewegungen und Aktivitäten geführt hat, ist das Spazierengehen für viele Menschen eine gute Alternative geworden, um frische Luft und Bewegung zu bekommen, auch für mich selbst. Am Anfang genoss ich meine Wanderungen in vollen Zügen, als der Frühling gerade erst begann. Jetzt ändert sich das Wetter und es ist weniger angenehm, einen Spaziergang zu machen. Glücklicherweise gibt es wasserabweisende Kleidung und Regenmäntel. Was mich interessiert ist, wie diese Art von Bekleidung hergestellt wird. Wie wird ein Stoff wasserdicht oder wasserabweisend und dennoch atmungsaktiv? Was ist also für diese Eigenschaften verantwortlich? Die Antwort auf diese Frage ist eine hydrophobe Beschichtung.

In unserem aktuellen Blog möchte ich gerne eine erfolgreiche Anwendung zur Hydrophobierung von Textilien mit einem CEM-Verdampfermodul (Controlled Evaporation and Mixing System) vorstellen.

Waterproof jacket

Hydrophobe Beschichtung

Wasserdichte und dennoch atmungsaktive Kleidung verhindert das Eindringen von Regenwasser und lässt gleichzeitig Feuchtigkeit, die beim Schwitzen entsteht, passieren - eine sehr wünschenswerte Eigenschaft bei allen Aktivitäten im Regen. Wie können nun Stoffe und Textilien hydrophobieren oder mit anderen Funktionalitäten versehen werden, ohne die Bulk-Eigenschaften ihrer Fasern zu beeinträchtigen?

Verdampfung zur Plasmapolymerisation

Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist ein Forschungsinstitut des ETH-Bereichs, das sich der Materialwissenschaft und Technologieentwicklung widmet. Sie untersuchen und wenden die Plasmapolymerisation an, um dünne, nanoskalige Schichten auf Gewebe und Fasern abzulagern, um ihre Oberfläche zu funktionalisieren - und genauer: um sie wasserabweisend zu machen.

Ein Bronkhorst Verdampfungssystem spielt dabei eine wichtige Rolle, insbesondere bei der kontrollierten Versorgung mit Polymervorläufern. Das Verdampfungssystem enthält ein Flüssigkeitsabgabesystem (LDS), das für atmosphärische oder Vakuumprozesse eingesetzt werden kann. Das Dampferzeugungssystem besteht aus einem (thermischen oder Coriolis) Flüssigkeits-Massendurchflussregler, einem Gas-Massendurchflussregler - für das Trägergas - und einer temperaturgeregelten Misch- und Verdampfungseinrichtung.

Controlled Evaporator Mixer CEM

Plasmapolymerisation

In Labormaßstab eines Niederdruck-Plasmapolymerisationsprozesses (0,1 mbar) wird der flüssige Polymer-Precursor (das Monomer) Hexamethyldisiloxan (HMDSO) verdampft und sukzessive durch das Plasma aktiviert, um auf der Faseroberfläche als hydrophobe Beschichtung polymerisiert und abgeschieden zu werden. Um einen stabilen und reproduzierbaren Polymer-Precursor-Dampffluss zu erhalten, muss der flüssige HMDSO-Durchfluss sowie ein Trägergasfluss exakt geregelt werden.

Vapour flow process

Zur Verdampfung des HMDSO wird ein CEM-System eingesetzt. In diesem Aufbau wird HMDSO flüssig aus einem Behälter bei Raumtemperatur entnommen und mit einem Coriolis-Durchflussmesser gemessen. Anschließend wird das flüssige HMDSO mit Argonträgergas aus einem thermischen Massendurchflussregler vermischt und in einem Wärmetauscher kontrolliert verdampft. Der Dampfstrom wird mit 0,1 mbar Absolutdruck in die Plasma-Reaktionskammer eingeleitet. Alle Systeme werden von einer SPS gesteuert und mit der LabView-Software visualisiert.

Der thermisch relativ instabile Precursor HMDSO ermöglicht die Abscheidung von Polysiloxanschichten bei niedrigen Temperaturen. Dadurch ist es möglich, Textilfasern zu beschichten, die hohen Temperaturen nicht standhalten. Nach erfolgreichem Versuchsaufbau und Test wurde Prozess vom Labormaßstab  zum industriellen Maßstab weiterentwickelt.

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