Hydrophile Polysiloxane als waschbeständige Textilhilfsmittel

Thoss, Henner; Höcker, Hartwig

doi:HT015030266

Hydrophile Polysiloxane als waschbeständige Textilhilfsmittel = Hydrophilic polysiloxane as permanent textile finishers

Thoss, Henner (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Henner Thoss

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangIX, 83 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. -

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-12-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-18059
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61684/files/Thoss_Henner.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Silicone (Genormte SW) ; Reaktionskinetik (Genormte SW) ; Baumwollfaser (Genormte SW) ; Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; Ficksche Gesetze (frei) ; CIELAB System (frei) ; Polysiloxane (frei) ; FT-IR Spektroskopie (frei) ; Waschkinetik (frei) ; Aufziehkinetik (frei) ; Fick Law (frei) ; polysiloxane (frei) ; FT-IR Spectroscopy (frei) ; washing kinetics (frei) ; application kinetics (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Untersucht wurden im Rahmen dieser Arbeit die Kinetik des Aufzieh- und Waschprozesses auf Baumwollgewebe von zwei verschiedenen waschbeständigen, hydrophilen polyquaternären Polysiloxanblockcopolymere. Zum einen handelte es sich um ein kationisches, nicht reaktives Polysiloxan, zum anderen um ein reaktiv funktionalisiertes Silicon mit Uretdion-Gruppen, welche sowohl mit den OH-Gruppen der Cellulose, als auch mit weiteren Uretdion- Funktionen unter Wärmeeinfluss reagieren können. Zur kinetischen Untersuchung des Ausrüstungsprozesses wurden die Änderungen der Siliconkonzentration während der Ausrüstung auf der Faser und in der Flotte beobachtet. Ebenfalls wurden kinetische Untersuchungen zur Waschpermanenz durchgeführt. Die Untersuchungen der Kinetik des Ausrüstungsprozesses wurde zunächst mit einem fluoreszierenden Modellsilicon durchgeführt, wobei die Änderung der Siliconkonzentration in der Flotte photometrisch untersucht wurde. Die Untersuchungen belegen einen Ausrüstungsprozess, der einer Kinetik 1. Ordnung folgt. Mathematisch wurde die Adsorption der Silicone an die Faseroberfläche mit Hilfe der Adsorptionsisotherme nach Langmuir beschrieben. Die fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen des Faserquerschnittes zeigen , dass neben der Diffusion des Silicons bis in das Lumen der Faser auch eine Änderung des Faserquerschnittes erfolgt. Des Weiteren wurde der Applikationsprozess mit einem nicht fluoreszierendem polyquaternäres Polysiloxanblockcopolymer untersucht. Die Untersuchungen bezüglich des Applikationsverhaltens wurden mittels XPS und Flottenanalytik nach Umsetzung des Silicons mit Bromphenolblau durchgeführt. Die kinetischen Untersuchungen belegen für den Applikationsprozess eine Wurzel-t-Kinetik. Die ermittelten Geschwindigkeitskonstanten zeigten, dass die Geschwindigkeit der Applikation nahezu temperaturunabhängig ist. Der Waschprozess wurde mittels oberflächenspektroskopischen Untersuchungen und mit Hilfe der Flottenanalytik charakterisiert. Die XPS und IR-spektroskopischen Untersuchungen der Waschkinetik zeigten, dass die Silicone während des Waschprozesses aus dem Innern der Faser an die Oberfläche diffundieren, von der sie durch die Tenside der Waschflotte entfernt werden. Eine kontinuierliche Abnahme der Siliconkonzentration im Innern der Faser konnte durch IR-spektroskopische Untersuchungen der Baumwollfaser gezeigt werden. Zur Beschreibung der Kinetik des Waschprozesses wurde das Baumwollgewebe mit dem fluoreszierenden Modellsilicon ausgerüstet und anschließend über einen Zeitraum von 30 min bei Temperaturen von 30 bis 60 °C mit einem silicatfreien Waschmittel gewaschen. Dabei wurde die Änderung der Siliconkonzentration in der Flotte photometrisch und auf dem Gewebe mittels Bestimmung des Gelbwertes untersucht. Der Waschprozess kann, wie auch der Applikationsprozess mit Hilfe der Wurzel–t–Kinetik beschrieben werden. Auch hier sind die Geschwindigkeitskonstanten nahezu unabhängig von der Waschtemperatur. In einem weiteren Teil wurde der Einfluss einer Siliconbehandlung auf die Egalität der Färbung einer gelb gefärbten Baumwolltrickot-Ware untersucht. Ferner wurde gezeigt, dass eine Überdosierung an Silicon während des Applikationsprozesses zu unerwünschten Verfärbungen auf dem Gewebe führt. Der Applikationsprozess des reaktiv funktionalisierten Polysiloxanblockcopolymers wurde zunächst fluoreszenzmikroskopisch betrachtet. Es zeigte sich eine Diffusion des Silicons in das Faserinnere, wobei eine Quellung des Faserquerschnittes nicht beobachtet werden konnte. Der Ausrüstungsprozess kann mit der Wurzel-t-Kinetik beschrieben werden, wobei die Geschwindigkeitskonstanten temperaturunabhängig sind. Die Waschpermanenz dieser reaktiven Siliconen ist höher, als die der nicht reaktiven Silicone, was u.a. in der chemischen Kopplung der Silicone an das Baumwollgewebe begründet ist.

This work focuses on the kinetics of the application and washing process of two different functionalized silicones on cotton fabric. The first, a polyquaternary polysiloxane - blockcopolymer, interacts by hydrogen bonding to the hydroxyl-groups of the cotton fibre. The second, a reactive functionalized polyquaternary polysiloxane-block-copolymer consists of uretdione functions, which can react with either the hydroxyl groups of the cellulose or with OH-groups of the silicone to form a silicone network. In this work the kinetic aspects of the finishing and washing process are decribed. The first examinations to analyse the application process were done using a fluorescent ammonium functionalized silicone softener. This modification allows measurements of the silicone concentration in the bath during the application by photometric detection. The fibre cross section could be analysed by fluorescence microscopy during the application process. The bath analysis shows that the application process follows a sorption isotherm described by Langmuir. The examinations by fluorescence microscopy show a change in the cross section of the fibre towards an oval shape after treatment and a diffusion of the silicone polymer into the lumen. The examination of the fiber surface during the application process with a non fluorescent modified silicon polymer was accomplished by XPS. The changes in the concentration of silicone in the bath were measured by photometric detection after reaction of the ammonium groups of the silicone with bromophenol blue. The kinetics can be described by the square-root-t-relation. The resulting rate constants do not differ significantly for different bath temperatures. The examinations by XPS and IR-spectroscopy of the washing process showed a diffusion of the silicone molecules from the core to the surface of the fibre, where they are removed by the surfactants of the washing bath. XPS results show that after one washing cycle the silicone concentration on the surface stays almost constant. The IR-spectroscopic examinations indicate a continuous decrease of silicone in the fibre. In parallel to the spectroscopic analysis of the fiber surface the changes in the silicone concentration in the bath were analysed by photometric detection. The examinations showed a square-root-t-relation for the washing process. In another part the influence of the silicone treatment to the evenness of the coloration of a yellow dyed cotton skirt was examined by datacolor measurement and CIELAB interpretation. Further examinations showed that an overdose of silicone during the finishing causes discoloration which is an undesirable effect. In this part, the application process of the reactive functionalized polyquaternary polysiloxane-block-copolymer silicone was examined by fluorescent microscopy. In a similar manner to the non-reactive silicones, the reactive silicones diffuse into the fibre, but in this case but no change in fiber cross section could be observed. The amount of applied silicone on the fiber was much lower compared with the fibers treated with the non-reactive silicone. The kinetics of the application process follows a square root-t- relation. The rate constants are very similar to those for the non-reactive silicone polymers. It is likely that the silicones build a charged layer in the pores of the cotton fibre, which repels any further silicone molecules diffusing into the pores. That implies that no further molecules can diffuse into the pores, which is proven by a very low swelling of the fibre and a very low rate of exhaustion. The improved washing resistance in comparison to the non-reactive silicones is due to the chemical bonding to the fibre, which is much stronger than for the non-reactive silicone.

Fulltext:
PDF
(additional files)