Changing the properties of natural fibres by coating and of synthetic fibres by infiltration [Elektronische Ressource] / Amina Lotfy Owess Mohamed

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• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2011
• Nombre de lectures: 11
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 10 Mo

Extrait

Changing the Properties of Natural Fibres by Coating and
of Synthetic Fibres by Infiltration




Von der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
der RWTH Aachen University
zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften genehmigte Dissertation




vorgelegt von
M.Sc.
Amina Lotfy Owess Mohamed
aus Kairo, Ägypten



Berichter: Univ. Prof. Dr. Rer. Nat. Martin Möller
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Andrij Pich


Tag der mündlichen Prüfung: 18.07.2011
Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.



Changing the Properties of Natural Fibres by Coating and
of Synthetic Fibres by Infiltration



From the Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences
of the RWTH-Aachen University
to obtain the academic degree of
Doctor of Natural Science (Dr. rer.nat.)



Approved thesis
Submitted by M.Sc.
Amina Lotfy Owess Mohamed
From Cairo, Egypt





Berichter: Univ. Prof. Dr. rer. nat. Martin Möller
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Andrij Pich


Tag der mündlichen Prüfung: 18.07.2011
Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.



Aachen University of Technology (RWTH)
Institute of Technical and Macromolecular Chemistry (DWI/ITMC)
GERMANY

The undersigned certify that they have read, and recommend to the Aachen University of
Technology (RWTH) for acceptance, a thesis entitled:

Changing the Properties of Natural Fibres by Coating and
of Synthetic Fibres by Infiltration

Submitted by Amina Lotfy Owess Mohamed in total fulfilment of the requirements of the
degree of Doctor Philosophy of Science

Approved by thesis committee:
Certified and Approved by (Advisor):
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Martin Möller
Aachen University of Technology (RWTH-Aachen)
Institute of Technical and Macromolecular Chemistry (DWI/ITMC)

Certified and Approved by (Advisor):
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Andrij Pich
Aachen University of Technology (RWTH-Aachen)
Institute of Technical and Macromolecular Chemistry (DWI/ITMC)

Accepted by (Further examiner):
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Bernhard Blümich
Aachen University of Technology (RWTH-Aachen)
Institute of Technical and Macromolecular Chemistry (ITMC)

Accepted by (Chairman):
Univ. Prof. Dr. rer. nat. Dieter Enders
Aachen University of Technology (RWTH-Aachen)
Institute of Organic Chemistry (IOC)

Date: 18.07.2011
Author’s Declaration
AUTHOR’S DECLARATION
I hereby declare that I am the sole author of this thesis. All the experiments in this thesis
constitute work carried out by the candidate unless otherwise stated. The thesis's tables,
figures, bibliography and appendices, and complies with the stipulations set out for the degree
of Doctor of Philosophy by the RWTH-Aachen University of Technology (RWTH-Aachen).
I further authorize RWTH-Aachen University of Technology (RWTH-Aachen) to reproduce
this thesis by photocopying or by other means, in total or in part, at the request of other
institutions or individuals for the purpose of scholarly research.

Title of Thesis/Dissertation:
Changing the Properties of Natural Fibres by Coating and of Synthetic Fibres
by Infiltration

Signature
Author Mohamed, Amina Lotfy Owess
DWI/ITMC, RWTH-Aachen University
DWI an der RWTH-Aachen University vi Abstract⎪2011
ABSTRACT
The Thesis deals with the development of new concepts for improving the properties of natural
and synthetic textile fibres. A natural fibre, cotton, has been chosen as fibrous material. The
focus of the modification has been directed towards its handle properties, which usually are
improved at the expense of moisture up-take. The silicon based compounds were used for this
work. Polylactic acid and polypropylene have been chosen as synthetic fibres whose textile
potential is hindered by their poor dyeability and low moisture sorption capacity and which can
be modified at spinning stage with suitable additives. The focus here has been directed on
using recyclable natural materials as additives for achieving an improved comfort property of
the synthetic polymer.
Two chemical processes, namely coating and infiltration, were considered for applying
functional polymers on the fibre surface and, respectively, for modifying the bulk of a polymer
via infiltration of particles into the matrix.
The coating of cotton with two hydrophilic silicon softeners, a silanol compound and a PDMS
compound, was carried out from water, as a classical method, and from supercritical CO2,
respectively, as a new approach. The coating process and the change of the fabric properties
were investigated by using Scanning Electron Microscopy (SEM), elemental identification
Energy Dispersive X–Ray Spectroscopy (EDX), Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy
(FTIR), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), moisture analyser and Kawabata
Evaluation System (KES-FB). The results allowed optimising the route of silicon product
application and put into evidence the benefits of the treatment, independently of the fabric
structure.
The polylactic acid and polypropylene based composites were produced via melt infiltration of
powders of chitosan, cotton or keratins into polymer matrix. The prepared powders were
characterised using FTIR, NMR, Raman microscopy and amino acid analysis. The distribution
of the powders into the matrix was investigated by SEM analysis. The composites show good
thermal and mechanical properties demonstrated by Differential Scanning Calorimetry (DSC)
and Thermogravimetric Analysis (TGA) and miniature material tester (MiniMat2000). The
ability of absorbing and keeping the moisture was highly improved for all materials, as shown
with IGA sorb moisture analyser. Polylactic acid based composites proved also an improved
ability for dyeing with reactive and acid dyes at 100°C.
Summing up the fibres properties can be controllable improved by selecting the appropriate
synthetic polymer structure for coating natural fibres, or the appropriate natural additive for
infiltrating the matrix of the synthetic fibre.
vii Amina L. Mohamed Kurzfassung⎪2011
KURZFASSUNG
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Konzepte zur Verbesserung der
Eigenschaften von natürlichen und synthetischen Textilfasern. Eine natürliche Faser,
Baumwolle, wurde als Fasermaterial ausgewählt. Der Schwerpunkt der Modifizierung wurde
auf weichmachende Eigenschaften gerichtet, die in der Regel zu Kosten der
Feuchtigkeitsaufnahme verbessert werden. Silizium basierende Verbindungen wurden für diese
Arbeit verwendet.
Als synthetische Fasern wurden Polymilchsäure und Polypropylen ausgewählt, deren textiles
Potenzial durch ihre schlechte Färbbarkeit und niedrige Feuchtigkeitssorptionskapazität
behindert und die beim Spinnen mit geeigneten Zusätzen modifiziert werden können. Der
Schwerpunkt hier lag darin wieder verwertbare natürliche Materialien als Zusätze, zur
Erzielung einer verbesserten Komforteigenschaft der synthetischen Polymere zu verwenden.
Die Beschichtung der Baumwolle mit zwei hydrophilen Siliziumweichmachern,
Silanverbindungen und PDMS Verbindungen wurde aus Wasser durchgeführt, eine klassische
Methode, aus organischen Lösungsmitteln und aus überkritischem CO2 als neuer Ansatz. Die
Beschichtung und die Veränderung der Gewebeeigenschaften wurden untersucht mit Hilfe von
konfokaler Raman Mikroskopie (KRM), Rasterelektronenmikroskopie (REM),
Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX), Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie
(FTIR), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Moisture Analyzer und Kawabata
Auswertungs System (KES-FB). Die Ergebnisse ermöglichten die Optimierung der Route der
Anwendung von Siliziumprodukten und bewiesen den Nutzen der Behandlung, unabhängig
von der Gewebestruktur.
Die Polymilchsäure und Polypropylen Komposite wurden durch Schmelzinfiltration von
Pulvern aus Chitosan, Baumwolle oder Keratin in eine Polymermatrix hergestellt. Die
hergestellten Pulver wurden mittels FTIR, NMR, FT-Raman-Mikroskopie und Aminosäure-
Analyse charakterisiert. Die Verteilung des Pulvers in der Matrix wurde durch REM-Analyse
untersucht. Die hergestellten Verbundwerkstoffe zeigen gute thermische und mechanische
Eigenschaften, wie durch Differential Scanning Kalorimetrie (DSC), Thermogravimetrische
Analyse (TGA) und Miniatur-Material-Tester (MiniMat 2000) nachgewiesen wurde. Die
Fähigkeit Feuchtigkeit zu absorbieren und zu halten war für alle hergestellten
Verbundwerkstoffe bei Raumtemperatur stark verbessert, wie mittels IGA
Feuchtigkeitsanalyse gezeigt wurde. Polymilchsäure Komposite zeigten auch eine verbesserte
Färbbarkeit mit reaktiven und sauren Farbstoffen bei 100°C. die als die Farbstärke von
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