Hydrophobierung, Glättung und Barriereverbesserungen von Cellulose-Nanofibrillenfilmen

Einschichtige Filme aus Cellulose-Nanofibrillen auf einem Kunststoffträger wurden mittels Sol-Gel-Verfahren mit anorganisch-organischen Copolymeren beschichtet, die aus anorganischen Netzwerken auf Si-O-Si-Basis in Kombination mit keramischen (Al-O- und Zr-O-) Gruppen und speziellen organischen Fluoralkylketten mit funktionellen Gruppen bestehen.

Sol-Gel-Beschichtungen verringerten die Oberflächenhydrophilie und die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate. Der Wasserkontaktwinkel unbeschichteter Filme betrug 24°, was auf eine hohe Affinität zwischen Wasser und den Cellulose-Nanofibrillen hinweist.  Alle getesteten Sol-Gel-Beschichtungen erhöhten die Oberflächenhydrophobie, wobei die Kontaktwinkel zwischen 54° und 102° lagen. Die Wasserdampfdurchlässigkeitsraten variierten zwischen 230 und 410 g/m²/Tag.

Verbesserte Barriereeigenschaften

Bei UV-härtbarer, hoch organisch vernetzter Beschichtung wurde die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate im Vergleich zu unbeschichteter Folie um 77% gesenkt. Die unbeschichtete Folie hatte Sauerstoffdurchlässigkeitsraten von 0,7 und 107 cc/m²/Tag bei 50% bzw. 80% RH. Bei hoher Luftfeuchtigkeit neigten die Folien dazu, zu quellen, wodurch die Permeation zunahm. Sol-Gel-Beschichtungen verbesserten die Sauerstoffbarriereeigenschaften signifikant, insbesondere bei 80% RH.

Die Studie wurde in Journal of Coatings Technology and Research volume 17 (2020) veröffentlicht.