Verwendung von Nanotechnologie in der Veredelung von zellulosehaltigen Textilien

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thesis_Asmaa_farouk.pdf14.03.2011 15:07:3456,23 MB
Durch Nanopartikelbeschichtung textiler Oberflächen können mechanische, physikalische und chemische Eigenschaften von Textilien modifiziert werden, wodurch besondere Funktionalisierungen erzielt werden. Zum Beispiel kann UV-Schutz einiger Arten von textilen Substraten durch Beschichtung des Substrats mit einer dünnen Schicht aus ZnO oder TiO2-Nanopartikel erreicht werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von nanoskaligen Zinkoxid-Partikeln verschiedener Konzentrationen und verschiedener Größen, die UV-Licht stark absorbieren und Textilien mit zusätzlichen Funktionen wie UV-Schutz, Hydrophobie, guter Färbbarkeit sowie antibakteriellen und selbstreinigenden Eigenschaften ausstatten. Im Textilveredlungsbereich ist die Wasch-Haltbarkeit des Ausrüstungsagenten ein sehr wichtiger Faktor und abhängig von der Affinität des Appreturmittels oder, im Falle von Polymer-Beschichtungen, wie gut die Polymeren mit der textilen Oberfläche Bindungen eingehen können. Theoretisch ist die chemische Bindung zwischen dem Avivage und der textilen Oberfläche der beste Weg, um Haltbarkeit zu erzielen. In dieser Studie wurden anorganisch-organische Hybridpolymere auf Sol-Gel-Basis mit ZnO-Nanopartikel geändert / gefüllt und auf zellulosehaltigen Baumwoll- (100%) und Baumwolle / Polyester- (65/35%) Gewebe aufgebracht. Diese modifizierten anorganisch-organischen Hybrid-Polymeren basierten auf 3 - Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GPTMS). ZnO-Nanopartikel-Sol bietet Langzeitstabilität für die weitere Verarbeitung. Sämtliche in dieser Arbeit präparierten ZnO / GPTMS Sole für die Ausrüstung waren über mehrere Stunden stabil, was auch für eine industrielle Anwendung ausreichend ist. Die wichtigsten Ergebnisse sind: - Die Wirksamkeit der neuartigen Veredelung für den UV-Schutz wurde durch UV-Vis-Spektroskopie und durch Auswertung des UV-Schutzfaktors (UPF) bestimmt. Die Einflüsse der Ausrüstung auf einige allgemeine textile Eigenschaften wie z.B. Zugfestigkeit, Dehnung, Luftdurchlässigkeit, Weißgrad, Abriebfestigkeit und Steifigkeit sowie die Nachhaltigkeit der Behandlung wurden untersucht. - Die antibakterielle Wirkung dieser Sol-Gel-basierten Hybrid-Materialien wurde an dem Gram-negativen Bakterium Escherichia coli DSMZ 498 und Gram-positiven Micrococcus lutues ATCC 9341 getestet. Der Effekt der Partikelgröße und Konzentration auf die antibakterielle Leistung wurde untersucht. Bakteriologische Untersuchungen wie das Hemmhof Test AATTC Testverfahren 100-200 und der Tetrazolium / Formazan-Test (TTC) wurden in Agar Nährböden auf festen Agarplatten und in flüssiger Nährlösung durchgeführt mit unterschiedlichen Konzentrationen und unterschiedlicher Größe der ZnO-Nanopartikel. In diesem Teil der Arbeit wurde eine Vielzahl an Experimenten durchgeführt, um die Wirkung der ZnO-Nanopartikel als antibakterielle Ausrüstung besser zu verstehen. Diese Studie zeigte die verbesserte antibakterielle Wirkung von verschiedenen Konzentrationen und verschiedenen Größen der ZnO-Nanopartikel gegen gramnegative Bakterien und Gram-positive Micrococcus lutues in wiederholten Experimenten. Dies zeigte, dass die antibakterielle Wirkung der ZnO-Nanopartikel mit Erhöhung ihrer Konzentration und auch mit abnehmender Partikelgröße anstieg. - Ebenso wurde die antibakterielle Wirkung der Sol-Gel-basierten anorganisch-organischen Hybridpolymeren (GPTMS), gefüllt mit ZnO-Nanopartikel-Chitosan Composite, gegen ein gramnegatives und ein gram-positives Bakterium untersucht. Desweiteren wurde in dieser Arbeit auch Chitosan als antimikrobielles Beschichtungsmittel verwendet. Unterschiedliche Konzentrationen von drei unterschiedlichen Molekulargewichten (MW) von Chitosan mit gleichem Deacetylierungsgrad (DD, 85%) wurden untersucht. Die Einflüsse der Veredelungs- Composite auf einige allgemeine textile Eigenschaften wie z. B. Knittererholungswinkel, Zugfestigkeit, Dehnung, Luftdurchlässigkeit, Weißgrad und Steifigkeit sowie die Nachhaltigkeit der Behandlung untersucht. Die antibakterielle Wirkung von Textilwaren mit Hybrid-Polymeren, modifiziert mit sowohl ZnO-Nanopartikeln als auch Chitosan, nimmt mit abnehmendem Molekulargewicht von Chitosan zu. - Hydrophile Cellulosegewebe vorbehandelt mit ZnO-haltigen Hybridpolymeren wurden superhydrophob gemacht nach Oberflächenhydrophobierung mit Stearinsäure. Tropfeneindringzeit (TEGEWA Test) und Kontaktwinkel für Baumwolle und Baumwolle / Polyester-Gewebe vor und nach der Behandlung mit Stearinsäure als hydrophobes Additiv wurden untersucht. Nur für die Cellulosegewebe behandelt mit Stearinsäure blieb der Wasserkontaktwinkel auf der Gewebeoberfläche niedriger als 50 °, die Behandlung nur mit ZnO-Nanopartikeln änderte nichts an der hydrophilen Oberfläche der verwendeten Cellulosegewebe. Hingegen konnte für sowohl mit anorganischen als auch organischen, mit ZnO-Nanoteilchen und Stearinsäure befüllten Hybridpolymeren (GPTMS) behandelte Stoffe ein Kontaktwinkel größer als 150 ° erreicht werden. - Photokatalytischer Abbau von Methylen blau durch verschiedene ZnO-Nanopartikelkonzentrationen wurde ebenfalls untersucht. Selbstreinigende Eigenschaften verschiedener Konzentrationen ZnO / GPTMS-beschichteter Gewebe wurde ebenfalls untersucht. Die photokatalytische Wirkung von ZnO-Nanopartikeln wurde in normaler Laborumgebung bewertet, in Dunkelheit und nach UV-Bestrahlung. Die photokatalytische Wirkung von Geweben mit unterschiedlichen ZnO-Konzentrationen innerhalb der Beschichtung wurde ausgewertet. - Färbeverfahren wurden durchgeführt durch die Kombination der ZnO-Hybridpolymeren mit einem beispielhaft gewählten Reaktivfarbstoff (Intracron rot BF-3RM 150%). Das Ergebnis des Färbeprozesses wurde durch die Erhöhung der Menge von ZnO-Nanopartikeln oder Verringerung der Partikelgröße verbessert. Die Farbstärke (K / S) und die UV-Schutz-Eigenschaft der gefärbten Stoffe wurden ebenfalls untersucht. Der Einsatz von mit ZnO modifizierten Hybrid-Polymeren ist daher ein vielversprechender Ansatz für die Entwicklung von stark UV-abschirmenden Textilien. Der anorganische UV-Absorber ZnO ist sehr stabil gegenüber Degradierung und er ist ungiftig. In der Literatur werden verschiedene (aktiv) Substanzen und Prozesse als Urheber der antibakteriellen Wirkung von ZnO diskutiert. Daher wird besondere Aufmerksamkeit der Untersuchung aktiver in den beschriebenen Systemen enthaltener Spezies sowie der Beobachtung möglicher Interaktion zwischen den Nanopartikeln und Bakterien gewidmet. Der hier für die Herstellung der Beschichtungsmaterialien verwendete Sol-Gel-Ansatz garantiert eine einfache Verarbeitung und ist leicht in die Textilindustrie zu übertragen. Darüber hinaus ermöglicht das Prinzip der Sol-Gel-Technik die Kombination von zusätzlichen Eigenschaften in einem einzigen Beschichtungsmaterial, z.B. UV-Schutz, Abriebfestigkeit, antibakterielle Wirkung, hydrophobe und sogar selbstreinigende Eigenschaften.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie » 547 Organische Chemie
Stichwörter:
nanotechnology - sol-gel - ZnO nanoparticles - finishing
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Schollmeyer, Eckhard [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Ulbricht, Mathias [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Englisch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
02.03.2011
Dokument erstellt am:
14.03.2011
Promotionsantrag am:
27.01.2011
Dateien geändert am:
30.07.2013
Medientyp:
Text