Metallisierte Spezialtextilien

Qualitätskontrolle durch Elektronenmikroskopie

  • Abb. 1: REM-Aufnahme (oben) und EDX-Analyse (unten) von Material 1 Abb. 1: REM-Aufnahme (oben) und EDX-Analyse (unten) von Material 1
  • Abb. 1: REM-Aufnahme (oben) und EDX-Analyse (unten) von Material 1
  • Abb. 2: REM-Aufnahmen der Materialien 2 (oben) und 3 (unten) nach 150 Waschgängen
  • Abb. 3: REM-Aufnahmen und EDX-Analyse von Baumwollgewebe beschichtet mit verschiedenen  Effektpigmenten.

Die Elektronenmikroskopie ist ein wertvolles Hilfsmittel zur Qualitätskontrolle bei metallisierten Spezialtextilien. Neben der Aufnahme der Oberflächentopographie ist eine Kontrastierung von metallisierten zu nicht metallisierten Bereichen möglich. Schadstellen resultierend aus Produktion, Gebrauch oder Waschen können so leicht detektiert werden. Beispiele werden für versilberte Spezialtextilien und Applikationen mit Effektpigmenten gegeben.

Metallisierte und metallpigmenthaltige Textilien werden für ein breites Anwendungsspektrum am Markt angeboten. Die Metallkomponente dient zum einen dazu, klassische Metalleigenschaften wie z. B. Reflektivität, Wärmeleitfähigkeit und auch elektrische Leitfähigkeit zu übertragen. Die Anwendungsfelder solcher Funktionstextilien sind dabei vielfältig. Elektrisch leitfähige Textilien werden als Antistatikmaterialien verwendet. Weiterhin ist eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen im Radiowellen- und Mikrowellen-Bereich möglich, wodurch die Vermarktung dieser Produkte als Elektrosmog abschirmende Textilien möglich wird. Die Reflexion von Wärmestrahlung sowie die gute Wärmeleitfähigkeit metallisierter Textilien erlauben Anwendungen im Bereich des Wärmeschutzes (z. B. als Jalousien oder bei Berufsbekleidung). Zum anderen dient insbesondere die Versilberung von Textilien dazu, antibakterielle Eigenschaften auf Textilien zu übertragen. Diese versilberten Textilien finden beispielsweise Anwendung in der Therapie von Neurodermitis, indem sie einer Sekundärinfektion der neurodermitischen Haut mit Bakterien oder Hefepilzen entgegenwirken [1]. In der Literatur wird eine Vielzahl verschiedener Methoden zur antibakteriellen Ausrüstung von Textilien beschrieben. Eine hohe Wirksamkeit auch nach vielen Waschgängen wird allgemein jedoch nur durch versilberte Textilien erreicht [2].

Materialien und Methoden
Für die Untersuchungen werden versilberte Spezialtextilien verschiedener Hersteller betrachtet. Diese Textilien werden als antibakteriell wirksam vermarktet und unter anderem als unterstützend bei der Therapie von Neurodermitis beschrieben. Die Angaben zur Materialzusammensetzung sind Herstellerangaben.

  • Material 1: Silvercare Bekleidung - Texamed (Polyester, Elastan, 50 % Silber)
  • Material 2: Padycare T-Shirt - Texamed (Polyester, Elastan 100 % versilbert)
  • Material 3: Binamed Silber 100, T-Shirt - Binamed Moll (Modal, Polyamid, Lycra, Silbergarn)

Tests auf antibakterielle Wirksamkeit der Proben erfolgten in Anlehnung an die Norm ISO22196 (JISZ2801) gegen den Keim S.

aureus. Die Textilien werden in Anlehnung an die Norm DIN EN ISO 6330 gewaschen.

Pigmenthaltige Textilien werden mit Effektpigmenten (silberbeschichteten und reinen Kupferpigmenten) der Firma Eckart realisiert. Zur Fixierung an Baumwolle wird Polyurethanbinder verwendet.

Es wird ein Rasterelektronenmikroskop der Firma Hitachi (TM-3000) verwendet. Die Aufnahmen erfolgen mit einer Beschleunigungsspannung von 15 kV im Compo-Modus. Das verwendete Mikroskop arbeitet mit einem Rückstreudetektor. Um einen ausreichenden Materialkontrast zu erreichen, wird auf ein Besputtern der Proben vor den REM-Untersuchungen verzichtet. Ergänzende EDX-Messungen zur Elementanalyse werden mit einer EDX-Einheit der Firma Bruker durchgeführt.

Versilberte Spezialtextilien
Das Material 1 wird durch die Verarbeitung von versilberten und nicht versilberten Garnen hergestellt. Es zeigt sich bei den REM-Aufnahmen ein deutlicher Kontrast der unterschiedlichen Garntypen (Abb. 1). Der Materialkontrast in der REM-Aufnahme ergibt sich dadurch, dass bei Elementen höherer Ordnungszahl, z. B. Silber, mehr Rückstreuelektronen auftreten und somit Oberflächenbereiche mit diesen Elementen heller erscheinen im Vergleich zu Bereichen mit Elementen niedrigerer Ordnungszahl. Eine Polyesterfaser mit Silberauflage wird so heller erscheinen als eine Polyesterfaser (bestehend aus den leichten Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff) ohne weitere Metallkomponente. Die angenommene Elementverteilung wird mittels ergänzender EDX-Messungen bestätigt. Auf den Silberfasern wiederholt dunkel erscheinende Stellen deuten darauf hin, dass die Silberbeschichtung partiell abgetragen ist und das unten liegende Fasermaterial sichtbar wird. Die Stellen abgetragener Silberbeschichtung resultieren möglicherweise aus einem partiellen Abrieb im Strickprozess.

Die versilberten Materialien 2 und 3 wurden vor Durchführung der REM-Untersuchungen 150-fach wiederholten Haushaltswäschen unterzogen. Beide Muster zeigen nach den Wäschen eine deutliche antibakterielle Wirkung gegenüber S. aureus, d. h. die gewünschte antimikrobielle Funktionalität ist auch nach einer erheblichen Waschbelastung gegeben. Dennoch zeigen sich in den REM-Aufnahmen erhebliche Qualitätsunterschiede, so dass beide Materialien nicht als gleichwertig angesehen werden können. Es zeigt sich ein deutlicher Materialkontrast von versilberten Stellen zu Bereichen, wo Silber abgetragen ist. Während für Material 2 nur wenige Fehlstellen und somit nur ein geringer Abtrag festzustellen ist, kann für Material 3 eine hohe Anzahl an Fehlstellen detektiert werden. Bei Material 3 hat somit ein deutlicher Abtrag der Silberbeschichtung während der Wäschen stattgefunden, allerdings scheint die verbliebene Silbermenge noch ausreichend zu sein, um einen antibakteriellen Effekt gegenüber S. aureus zu bewirken. Im Gegensatz zu der antibakteriellen Testung bietet hier die Elektronenmikroskopie weitere Informationen zum Material, so kann ein deutlicher Verlust der funktionellen Silberbeschichtung nachgewiesen werden. Rückschlüsse auf das Verhalten des Materials bei weiteren Wäschen oder Wäschen mit höheren Temperaturen werden so ermöglicht.

Beschichtungen mit Effektpigmenten
Silber- und kupferhaltige Effektpigmente erscheinen in der REM-Aufnahme deutlich heller als das beschichtete Baumwollgewebe mit den Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff. Eine einfache Detektion von mit Pigmenten beschichteten im Vergleich zu unbeschichteten Bereichen ist somit möglich. Die EDX-Analyse ermöglicht darüber hinaus noch eine Aussage zur Elementzusammensetzung der applizierten Pigmente.

Zusammenfassung
Anhand von verschiedenen Beispielen werden die Möglichkeiten der Elektronenmikroskopie zur Beurteilung von metallisierten Spezialtextilien aufgezeigt. Das Potenzial dieser Methode ergibt sich insbesondere aus der starken Kontrastierung von metallisierten zu nicht metallisierten Bereichen.

Danksagung
Die Autoren bedanken sich bei dem Ministerium für Innovationen, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen für die finanzielle Förderung der elektronenmikroskopischen Ausstattung im Rahmen des FH-Basis2011 Geräteprogramms.

Literatur
[1] Haug S. et al.: Coated textiles in the treatment of atopic dermatitis, Curr. Probl. Dermatol. 33, 144-151 (2006)
[2] Berg E.: Versilberte Spezialtextilien als Alternativtherapie bei Hauterkrankungen, Master-Abschlussarbeit, Hochschule Niederrhein, Mönchengladbach (2012)

Autor(en)

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Hochschule Niederrhein
Webschulstr. 31
41065 Mönchengladbach
Germany

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