Neue wasserbasierte Latexdispersion für Trägertextilien bei Schleifmitteln

Schleifmittel wie Schleifbänder, Fiberschleifscheiben, Fächerschleifscheiben, Schleifhülsen und Polierwerkzeuge gibt es in den verschiedensten Ausführungen, Größen und Formaten. Sie dienen nicht nur zum Schärfen, sondern auch zum Glätten und Polieren von Gegenständen und zur Dimensionsstabilität. Textilbasierte Industrieschleifmittel sind dabei einer der Schlüsselsegmente bei Schleifmitteln.

Seit Jahrzehnten werden hierbei zunehmend wässrige Polymerdispersionen zur Herstellung solcher Produkte eingesetzt – um so die mechanische Beständigkeit, die thermische Beständigkeit und die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern und die Lebensdauer des Materials zu verlängern.

Wässrige Latexdispersionen verleihen industriellen Schleifmitteln auf textilen Substraten im eigentlichen Mahlprozess wichtige Eigenschaften wie Flexibilität, Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit. Typischerweise besteht das Schleifmittel dabei aus einem imprägnierten Gewebe aus Baumwolle, Polyester oder einer Mischung als Träger. Der Träger ist rückseitig und decklackiert, und die Schleifpartikel sitzen auf dem Träger, fixiert mit Phenolharz.

Die Verwendung von wässrigen Polymerdispersionen zum Imprägnieren und Beschichten des Trägers ermöglicht Modifikationen bei der Steifigkeit des Gewebes. Sie verbessert die mechanischen Eigenschaften und die Haftfestigkeit zwischen Schleifpartikelschicht und Träger. Zusätzlich verbessert dies die Hitzebeständigkeit und Haltbarkeit gegenüber Kühlflüssigkeiten. Und sie wirkt auch als Barriere, um zu verhindern, dass das Phenolharz durch die Deckschicht den Träger beschädigt, schreiben Michael Karnop und Sören Butz 
von der Synthomer Deutschland GmbH in der Fachzeitschrift Melliand International.

Optimierung und Qualität

Neuere Produkt haben eine bessere Schälfestigkeit und eine höhere thermische Beständigkeit und sind klar umweltfreundlicher.
 Die Parameter des Polymerisationsprozesses werden dazu optimiert, um am Ende ein sauberes, VOC-armes Produkt mit einem niedrigen CO2-Ausstoß zu gewährleisten.

Eine der Schlüsselfunktionen einer solchen Polymerdispersion in textilbasierten Schleifmitteln besteht darin, die mechanische Bindung zwischen den Schleifpartikeln und dem Träger unabhängig von der Faser-Art zu verbessern. Dies trägt unmittelbar zur Haltbarkeit und Lebensdauer des Schleifmittels bei.

Das Schleifen und Polieren erfolgt meist mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Die thermische Beständigkeit ist daher eine entscheidende Eigenschaft, die bei der Entwicklung einer Hochleistungsdispersion für industrielle Schleifmittel zu berücksichtigen ist. Die Zusammensetzung dieser Polymerdispersion, insbesondere der Monomere und Vernetzerkomponenten, hat einen wesentlichen Einfluss auf besagte thermische Beständigkeit.

Neue Produkte weisen zudem eine gute Kompatibilität mit Phenolharz auf, das häufig zum Schleifen der Sandfixierung auf der Oberfläche verwendet wird. Durch das Mischen einer kleinen Menge dieser Produkte mit dem Harz entsteht eine veränderte Flexibilität, so dass das Endprodukt dem Biegeprozess gegen Ende der Fertigung standhalten kann. Dabei geht es darum, dass Schleifmittel in verschiedenen Winkeln gestreckt und gebogen werden, um sie besser an die Schleifwerkzeuge und Substrate anzupassen.

Durch die Optimierung der Prozessparameter und eine moderne Qualitätskontrolle können damit aktuelle Produkte entwickelt werden, die im Vergleich zu ihren Vorgängern zehn Prozent mehr Feststoffe bei gleichbleibender Partikelgrößenverteilung enthalten.

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Foto: Kadmy

 

Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe als Hochleistungsprodukte und Smart-Materials

Technische Textilien bekommen immer mehr Eigenschaften zugeordnet. So werden Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) bereits als vielversprechende Smart-Materials eingesetzt. Diese zählen zu einem speziellen Typus von Funktionsmaterialien, die Umweltreize wahrnehmen, auf sie reagieren und nach Abklingen des Reizes wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehren können.

Schon seit 20 Jahren erfreuen sich FKV zunehmender Beliebtheit im Bereich der ressourceneffizienten Mobilität. Aufgrund ihrer hohen Steifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht im Vergleich zu traditionellen Materialien wie Aluminium, Stahl oder Magnesium werden FKV als lasttragende Strukturen im Flugzeug-, Automobil-, Zug- und Schiffsverkehr eingesetzt.

Durch die Integration von Funktionsmaterialien in Schichtkonstruktionen werden sie mit strukturintegrierten Funktionen versehen; etwa in Form von Beleuchtung, De-lcing oder kontinuierlicher Strukturüberwachung sowie von Leit- und Aktivierungs-Funktionen. Sie werden also zu besagten Smart-Materials.

Als besonders vielversprechende smarte Materialien gelten Formgedächtnislegierungen (FGL), die sich durch eine große Energiedichte, ein hohes Krafterzeugungs-Potenzial sowie eine enorme Verformbarkeit und Stabilität in der Hochtemperaturphase auszeichnen. Die Integration der FGL während des Herstellungsprozesses von Verstärkungsgeweben gewährleistet in Bezug auf adaptive FKV (kurz AFKV) Langzeitstabilität, Reproduzierbarkeit und Kostenreduktion, so der Bericht von Moniruddoza Ashir, Jan Hindahl, Andreas Nockeund Chokri Cherif (Technische Universität Dresden) in der Fachzeitschrift Technische Textilien.

Die Forschung der Dresdner Wissenschaftler zeigt viel versprechende Ansätze bei Leichtbaustrukturen mit morphenden Fähigkeiten – und zwar dank der Entwicklung von AFKV basierend auf FGL-Aktoren. So wurde eine strukturelle Integration von FGL-Drähten in Verstärkungsgewebe vollautomatisch in einem einzelnen Prozessschritt und mit Hilfe der Web-(Textil-)Technologie umgesetzt.

Weitere Forschungsaktivitäten der Dresdner Forscher vom „Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik“ werden künftig darauf abzielen, die Entwicklung von adaptiven, verjüngten FKV mit lokal einstellbarer Biegesteifigkeit zu fördern, um letztlich einen noch größeren Verformungsgrad zu erreichen. Exemplarische Einsatzmöglichkeiten für die entwickelten AFKV gibt es zum Beispiel bei aerodynamischen Klappen oder Rudern, aber auch bei medizinischen Anwendungen für die humanoide Kinematik sowie bei diversen technischen Einsatzmöglichkeiten bei Spann- und Greifvorrichtungen.

Digitaldruck mit Pigmenttinten erlaubt hohe Farbechtheit

Druckergebnisse beim digitalen Textildruck mit Qualitäten wie hervorragende Kantenschärfe, gute Farbechtheit und weicher Griff brauchen eine gute Vorstufe wie auch entsprechende Pigmenttinten. Doch es ist nicht trivial, diese Anforderungen auch zu erfüllen und miteinander zu vereinbaren. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) in Denkendorf haben sich dieser Aufgabe gestellt und entwickeln eine chemische Warenvorbereitung für den Inkjektdruck. Die Textilchemie Dr. Petry GmbH forscht dazu zusammen mit dem DITF an der Druckvorbehandlung mit „Pericoat“ und „Perijet“ für den Inkjet-Textildruck mit besagten Pigmenttinten und deren Eigenschaften.

Das Druckergebnis im Inkjektdruck hängt nicht nur mit der Auflösung der Tintenstrahldrucker und den eingesetzten Druckköpfen zusammen. Vielmehr richtet sich die Druckqualität in erster Linie auch nach der Qualität der Druckvorbehandlung. Mit einer guten Vorbehandlung und ideal abgestimmten Textilhilfsmitteln lassen sich aber mit dünnflüssigen Tinten die gefragten Eigenschaften wie scharfe Kanten, klare Konturen und gute Farbechtheiten erzeugen. Gleichzeitig sollten der Warengriff durch die in der Vorbehandlung eingesetzten Verdicker- und Bindersysteme nicht beeinträchtigt. 

Für gute Echtheitsergebnisse müssen im Pigmentdruck Bindemittel in relativ hoher Konzentration aufgebracht werden. Pigmente plus Bindemittel komplett in der Tinte zu formulieren, ist nicht beliebig möglich. Bei höheren Bindermengen würde die Viskosität der Tinte so stark ansteigen, dass sie nicht mehr verdruckt werden kann. Die Bindemittel müssen also in einem separaten Arbeitsgang vor dem Bedrucken mit den Pigmenttinten aufgebracht werden. 

Zwar bietet der Markt bereits ein großes Angebot an Bindemitteln und Vorbehandlungschemikalien, die geeignet sind, die Oberfläche des textilen Druckuntergrundes zu modifizieren und für den Inkjektdruck zu verbessern. Doch durch die Fülle der verfügbaren chemischen Zusatzstoffe mit jeweils eigenen Wirkungsweisen, lässt sich eine gezielte Verbesserung der Digitaldruck-Ergebnisse unter Umständen schwer umsetzen.

Prozessparameter einstellen

Ein Screening der in Frage kommenden Chemikalien ermöglicht es, besonders geeignete Wirkstoffe zu identifizieren. In der folgenden Arbeitsphase der Entwicklung wurden daher diese Chemikalien hinsichtlich ihrer Verwendung als Vorbehandlungschemikalien im Inkjektdruck optimal eingestellt. Dabei passte man sowohl die Konzentrationen als auch die Mischungsverhältnisse der einzelnen Komponenten an. Besonders wichtig war hier die Justierung der Fließfähigkeit, damit die chemischen Wirkstoffe weder zu dünn- noch zu dickflüssig für den Auftrag auf den Textilien ausfallen.

Der nächste Schritt der Entwicklung sah die Einstellung der Prozessparameter für den Auftrag der Vorbehandlungschemikalien vor. Die Menge der applizierten Chemikalien, die Art der Applikation und die Anpassung von Zwischentrocknungsphasen – alle diese Prozessschritte wirken sich letztlich auf das Druckergebnis aus. Die innerhalb des Forschungsprojektes eingesetzten Pigmenttinten sind denn auch eine Eigenentwicklung der DITF, so die Autoren Reinhold Schneider und Ulrich Hageroth.

Aus organischen Farbpigmenten werden feinteilige Pigmentdispersionen hergestellt. Die Zugabe von Bindemitteln ermöglicht eine gute Haftung der Pigmente auf dem textilen Substrat. Und über die Beimischung von Additiven lassen sich weitere Eigenschaften der Pigmenttinten wie deren hygroskopische oder rheologische Merkmale beeinflussen.

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Foto: amixstudio

Der Trend zur Nachhaltigkeit: Vliesstoff-Industrie reagiert mit breitem Produkt-Spektrum

Für die Bereitstellung von nachhaltigen Vliesstoffen heißt es materialtechnisch schon heute mehr Stoffe für den Gebrauch von morgen zu konstruieren. Ziel ist es übermorgen hinsichtlich Ökologie und Ökonomie eine optimale Wiederverwertung und Entsorgung erzielen zu können. Eine wichtige Aufgabe also für die Verfahrens- und Produktentwickler in Forschung und Industrie, die bereits mit den ersten Produkten auf dem Markt kommen.

Die Vliesstoff-Industrie schafft durchaus innovative Impulse mit wirtschaftlichen und funktionellen Produkten zum Beispiel zur Filtration, zum Leiten und Speichern von Wasser, zur Gewinnung von nutzbarem Oberflächenwasser, zur Verhinderung von Wasserverdunstung und zum Schutz gegen das Abschmelzen von Gletschern und Eis, schreibt Dr. Peter Böttcher in der Fachzeitschrift »Nonwovens & Technical Textiles« (avr).

Kunststoffprodukte wie Folien oder Vliesstoffe werden als Biokunststoffe bezeichnet, wenn sie unabhängig von der Rohstoffbasis nach der europäische Norm EN 13432 biologisch abbaubar oder kompostierbar sind. Unter den Bio-Polymeren aus Pflanzenrohstoffen werden dem Polylactid (PLA) große Chancen eingeräumt, da es gute funktionelle Eigenschaften mit guten Abbaueigenschaften kombiniert. Um darüber hinaus Nahrungsmittel-Ressourcen zu schonen, soll PLA perspektivisch statt aus Maisstärke aus Biomasse gewonnen werden.

Für die Herstellung von Faser-Vlies-Stoffen bietet etwa Trevira eine Reihe von PLA­Fasertypen an – zum Beispiel Fasern für die mechanische Vliesverfestigung durch Vernadeln oder Wasserstrahlverwirbeln oder für die Nass-Vlies­Herstellung Biko-Fasern für eine thermische Verfestigung.

Entscheidend ist jedoch natürlich auch der eigentliche Produktionsprozess, der vor allem energetisch Nachhaltigkeit durch Reduzierung des Energieverbrauchs bereitstellen soll. Beispiele sind: Lösungen zur Erhöhung der Flächenmassegleichmäßigkeit und damit Reduzierung der Vlies-Stoffmasse und Entwicklung von Anlagentechnik zur Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe wie Lyocell und PLA. Energetisch wird auf Einsatz von Blockheizkraftwerken für die Anlagenversorgung mit Strom und Wärme, Heizen mit Gas statt Strom, Energieeffizienzpakete für Kalander mit Einhausung, Einsatz effektiver Motoren und frequenzgeregelter Pumpen, sowie Rückspeisung von Bremsenergie und Wärmerückgewinnung aus Abluft.

Beispiel-Anwendungen für aktuelle nachhaltig angelegte Vliese

Vlies-Stoffe im Hygienebereich sind meist als sogenannte »Wegwerfprodukte« im Einsatz. Hier stehen dem nicht so nachhaltigen Rohstoffeinsatz erhebliche positive Effekte der wirtschaftlichen und ökologischen Entsorgung von festen oder flüssigen Problemabfällen entgegen. Peter Böttcherführt in seinem Artikel in der avr-Ausgabe 3/18 weitere konkrete Beispiele auf:

Das Vlies-Stoff-Unternehmen Freudenberg bietet beispielsweise eine Eco-Variante der Wattierung aus Faserbällchen. Diese nachhaltige High-Performance-Wattierung für den Einsatz im Sportbereich besteht zu 80 Prozent aus recycelten Fasern. Die restlichen 20 Prozent sind ein Bindermaterial, das für die Herstellung einer zusammenhängenden Fläche als Wattierung dient.

Geokunststoffe wie Nadel-Vliesstoff oder Geogitter werden mit relativ geringem Energieaufwand und emissionsfrei hergestellt. Ihr Einsatz im Tief- und Straßenbau weist neben wirtschaftlichen auch ökologische Effekte auf. So wurde von der Firma Huesker in einem Projekt beim Bau einer zweispurigen Straßenüberführung nachgewiesen, dass statt klassischer Bauweise mit Austausch des Lehmbodens durch den Einsatz von Geokunststoffen die transportbedingte Emission von C02um 35 Prozent und die Baukosten um 55 Prozent reduziert werden konnten.

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