Aus der Branche

Die RadiciGroup stellte Biofeel® Eleven, ein Garn natürlichen Ursprungs, auf der Messe Performance Days (die am 15. und 16. März in München stattfand) vor. Biofeel® Eleven wird aus Rizinusöl gewonnen und eignet sich zur Gewinnung von Bio-Polymer. Es kann für hochwertige Gewebe und Stoffe verwendet werden, die in zahlreichen Branchen zum Einsatz kommen: von der Mode bis hin zum Sport, vom Kraftfahrzeug bis hin zu Heimtextilien.

Heute befinden sich 80 % der Rizinus-Plantagen der Welt in Indien, vor allem in der Region Gujarat, wo die Klimabedingungen besonders günstig sind. Hier kann die lokale Bevölkerung durch den Anbau auf eher dürren Feldern, die für den Anbau von Lebensmitteln kaum geeignet sind, auf ein zusätzliches Einkommen zählen und die im Laufe der Zeit erworbenen Kompetenzen dieser Tätigkeit widmen. Dank der Forschung, Entwicklung und Innovation der Wertschöpfungskette wurden im Laufe der Jahre die Samen ausgewählt und zertifiziert, die entsprechend der Endverwendung die besten Qualitätsmerkmale des Endprodukts gewährleisten.

Die Bohnen des tropischen Wunderbaums enthalten circa 45 % Öl, das reich an Ricinolein ist, aus dem das biobasierte Polyamid 11 gewonnen wird, aus dem die RadiciGroup ihr Garn Biofeel® Eleven herstellt. Die Reste aus dem ersten Pressverfahren werden zu hocheffizientem Biodünger, der wieder dem Boden zurückgeführt wird.

Biofeel® Eleven kann zudem direkt in der Produktionsphase spinngefärbt werden, was zu großen Wasser- und Energieeinsparungen sowie einer besseren Farbstabilität führt.

Toray hat die erste Adipinsäure entwickelt, die zu hundert Prozent aus biobasierten Rohstoffen besteht. Adipinsäure ist der Grundstoff zur Herstellung von Nylon 66 (Polyamid 66). Das neue Verfahren nutzt Zucker aus Biomasse, die nicht für die Herstellung von Lebensmitteln geeignet ist. Die firmeneigene Synthesetechnik kombiniert eine mikrobielle Fermentationstechnologie mit einer chemischen Reinigungstechnologie mit Trennmembranen. Das Unternehmen wird in den kommenden Jahren eine Produktionstechnologie entwickeln und die Polymerisation von Nylon 66 testen. Anwendungen für die biobasierte Adipinsäure sollen bis etwa 2030 kommerziell einsetzbar sein.

Nylon 66 ist haltbar und fest, und wird seit vielen Jahren für Fasern, Harze und andere Anwendungen verwendet. Der Wunsch, für Nylon 66 eine nachhaltige Alternative zu entwickeln, hat in den letzten Jahren zugenommen.  

Für das neue Verfahren nutzt Toray Mikroorganismen, die aus Zuckern ein Adipinsäure-Zwischenprodukt herstellen. Die Biochemiker haben die Gene dieser Mikroorganismen neu kombiniert und so die Effizienz des Stoffwechsels gesteigert. Dabei kamen Methoden der Bioinformatik zum Einsatz, um optimale mikrobielle Fermentationswege für die Synthese zu finden. Die Mikroorganismen steigern die Ausbeute des Zwischenprodukts bei der Synthese um mehr als das Tausendfache. Umkehrosmose-Trennmembranen reinigen das Zwischenprodukt und erhöhen die Konzentration. Dieser Ansatz ist besonders energieeffizient. Auch entsteht bei dem  Verfahren zur Herstellung von Bio-Adipinsäure im Gegensatz zu den Herstellungsverfahren aus Erdöl kein Distickstoffmonoxid.

Toray entwickelt derzeit ein Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Ernterückständen und anderen nicht-essbaren pflanzlichen Ressourcen. Dabei forscht das Unternehmen in zwei Projekten gemeinsam mit dem National Institute of Advanced Industrial Science and Technology und dem RIKEN, Japans größter Forschungseinrichtung. Die Projekte erhalten Mittel der New Energy and Industrial Technology Development Organization. Das erste Projekt befasst sich mit der „Entwicklung von Produktionstechniken für hochfunktionale Biomaterialien unter Verwendung von intelligenten Zellen aus Pflanzen und anderen Organismen“, das zweite laufende Projekt behandelt die „Entwicklung einer biobasierten Produktionstechnologie zur Beschleunigung des Kohlenstoffrecyclings“. 

• Gold und Silber auf Internationaler Erfindermesse iENA

Die antibakteriell und antiviral wirkende Cellulose-Faser „Cell Solution® BIOACTIVE“ und der vollständig biobasierte und bioabbaubare Schmelzklebstoff Caremelt® sind auf der Internationalen Erfindermesse iENA in Nürnberg mit einer Gold- und einer Silbermedaille ausgezeichnet worden. Die beiden besonders nachhaltigen Materialien waren zwei von vier Neuheiten, die das TITK – Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. Ende Oktober präsentierte.

Die mit Gold ausgezeichnete natürliche Cellulosefaser „Cell Solution® BIOACTIVE“ überzeugte durch ihre antimikrobiellen Eigenschaften. So wehrt sie zuverlässig schädliche Bakterien und Keime ab. Gefährliche Viren, wie z.B. Influenza oder Covid-19, sind 30 Sekunden nach Kontakt abgetötet. Die patentierte Faser ist waschpermanent, so bleiben diese Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer des Textilprodukts erhalten. Als positiver Nebeneffekt werden auch unangenehme Körpergerüche beseitigt.

Textilien mit Cell Solution® BIOACTIVE können vor allem in der Medizintechnik eingesetzt werden. Wegen ihrer feuchtigkeits- und temperaturregulierenden Wirkung sind Cell Solution®-Fasern generell sanft zur Haut, was die Listung bei OekoTex® bestätigt. Durch die blockierende Wirkung auf das Bakterienwachstum beschleunigt die bioaktive Version der Faser auch den Heilungsprozess, insbesondere von offenen Wunden und Neurodermitis.

Mit einer Silber-Medaille würdigte die iENA-Jury den vollständig biobasierten und bioabbaubaren Schmelzklebstoff Caremelt®. Er kommt als erster Schmelzklebstoff vollständig ohne fossile Ressourcen aus. Caremelt® bietet der Industrie damit die Möglichkeit, Produkte, die wegen ihren Klebeverbindungen bislang noch nicht komplett bioabbaubar waren, vollständig nachhaltig zu gestalten.

Nachwachsende Rohstoffe wie Pflanzenstärke vom Mais oder der Kartoffel, Baumharze und Pflanzenwachse bilden die Ausgangsmaterialien – hier in Form von kommerziell verfügbaren biobasierten Kunststoffen, wie zum Beispiel Polylactide (PLA) und weiteren Additiven, wie etwa biobasierte und unbedenkliche Zitronensäure. Die Herausforderung dabei war, hierfür die richtige Rezeptur zu entwickeln, damit Caremelt® das Niveau konventioneller Schmelzklebstoffe erreichen kann. Dies ist dem TITK durch die richtige Auswahl der Rohstoffe sowie durch eine zusätzliche Modifizierung der Biopolymere gelungen.

Die potenziellen Anwendungsgebiete von Caremelt® sind vielfältig. Sie reichen von der Verpackungs- und Möbelbranche über die Textilindustrie bis hin zum Automobilsektor. Der Einsatz von Biopolymeren bietet einerseits den Vorteil der CO₂-Neutralität und andererseits eine rückstandslose Bioabbaubarkeit des Schmelzklebstoffs. Gerade dort, wo ein Recycling weder technologisch möglich noch wirtschaftlich sinnvoll ist, wird diese Eigenschaft zu einem entscheidenden Faktor, um den Eintrag von Mikroplastik in die Umwelt zu reduzieren.

Kürzere Produktlebenszyklen und technologischer Fortschritt verändern die Produktlandschaft in einem immer schnelleren Tempo. Die Fähigkeit, künftige Veränderungen zu antizipieren und den Wandel proaktiv mitzugestalten, ist ein immer entscheidenderer Wettbewerbsfaktor moderner Unternehmen. Trends gelten in diesem Zusammenhang als wichtige Indikatoren für den bevorstehenden Wandel.

Kelheim Fibres, führender Hersteller von Viskosespezialfasern, zeichnet sich in der Branche durch Innovationskraft aus, wie zahlreiche Auszeichnungen wie etwa der Techtextil Innovation Award 2022 in der Kategorie “New Concept” belegen. Beim diesjährigen Global Fiber Congress Dornbirn wird Innovation Manager Ilka Kaczmarek in ihrem Vortrag „Trendmanagement trifft Open Innovation: Best-Practice-Beispiele aus Kelheim“ einen Einblick ins Innovationsmanagement der bayerischen Faserexperten geben. Ilka Kaczmarek wird zeigen, wie durch die Fokussierung auf Kundenbedürfnisse und durch die enge Zusammenarbeit mit Partnern entlang der Wertschöpfungskette in kurzer Zeit erfolgreiche Produktlösungen entwickelt werden konnten.

Natalie Wunder, Projektleiterin bei Kelheim Fibres, erläutert eines dieser Beispiele in ihrem Vortrag „Development of Menstruation Pants using Speciality Viscose Fibres”. Ausgehend vom aktuellen Trend und dem Wunsch der Endkunden nach wiederverwendbaren Produkten, konnte Kelheim Fibres eine waschbare und somit wiederverwendbare, dabei aber biobasierte Lösung für Damenhygieneprodukte entwickeln.

Rund 5000 Windeln verbraucht ein Baby bis zum Alter von drei Jahren. Trotz des bequemen Handlings von Einwegwindeln suchen Eltern zunehmend nach gesunden und nachhaltigen Alternativen, um Müll zu vermeide. Allein in Deutschland werden täglich 10 Millionen Windeln entsorgt.

Wege, um dieses Dilemma zu lösen, wären Einwegprodukte aus biobasierten oder biologisch abbaubaren Materialien oder wiederverwendbare Produkte mit einer längeren Lebensdauer.

Das Gründerteam Luisa Kahlfeldt und Caspar Böhme verbindet mit ihren „Sumo Windeln“ beides. Diese wiederverwendbare Stoffwindel besteht vollständig aus nachhaltigen Materialien bei hoher Leistung und innovativem Design.

Die Sumo Windel ist eine passgenaue Stoffwindel, die aus einer wasserdichten Hülle und saugfähigen Einlagen besteht. Dabei ist die Hülle derart vernäht, dass sich eine Tasche bildet: hier wird die Saugeinlage rutschsicher eingebracht.

Um die Leistungsfähigkeit dieser Saugeinlage zu steigern, arbeitet das Team von Sumo mit dem Viskosespezialfaserhersteller Kelheim Fibres zusammen, der jahrzehntelange Erfahrung aus dem Hygienebereich mitbringt, insbesondere für sensible Anwendungen, in denen hohe Saugkraft gefordert ist (wie z.B. Tampons). Gemeinsam haben Sumo und Kelheim Fibres eine leistungsstarke Saugeinlage entwickelt, die ohne fossile Materialien auskommt.

Die Basis sind funktionalisierte Spezialviskosefasern mit angepassten Querschnitten. Um die Waschbarkeit des Produkts zu gewährleisten, werden vernadelte / thermisch verfestigte Vliese mit einer Mischung aus Spezialviskose- und PLA-Bikomponentenfasern eingesetzt. PLA steht für Polymilchsäure aus natürlichen und nachwachsenden Rohstoffen. Mit der Verbindung von Nonwovens, die sonst v.a. im Single-Use-Bereich eingesetzt werden, und wiederverwendbaren Produkten beschreiten Sumo und Kelheim Fibres einen neuen Weg.

Im Inneren der Einlage punkten die Spezialfasern aus Kelheim mit ihren besonderen Eigenschaften: In der Verteilerschicht (ADL) bilden sich durch den trilobalen Querschnitt der Galaxy®-Faser Kapillarkanäle, die eine effiziente und optimierte Flüssigkeitsverteilung und somit eine optimale Nutzung der Kapazität des Saugkörpers ermöglichen und niedrigste Rücknässewerte bieten.

Im Saugkern speichert die segmentierte Hohlfaser Bramante Flüssigkeit nicht nur zwischen, sondern auch im Inneren der Faser. Dort bleibt die Flüssigkeit auch, wenn Druck auf die Konstruktion ausgeübt wird, was für überzeugende Rücknässewerte sorgt. Bramante kann bis zu 260 % ihres Eigengewichts an Flüssigkeit aufnehmen, Baumwolle erreicht Werte von ca. 50 %.

Die innovative Vlieskonstruktion mit den Spezialfasern aus Kelheim schneidet in Tests im Hinblick auf Luftdurchlässigkeit, Flüssigkeitsaufnahme und Rücknässen deutlich besser ab als marktübliche Lösungen aus synthetischen Fasern oder Baumwolle in gestrickten Strukturen und hat den Sumo Windeln einen Platz unter den Finalisten für den IDEA® Long-Life Product Achievement Award eingebracht.

Die Markteinführung ist für den 1. Mai geplant.

Zahnbürsten, Gitarrensaiten, Damenstrümpfe, Fallschirme: Es gibt fast nichts, was man aus Nylon nicht herstellen könnte. In den USA entwickelt, waren diese Polyamide (chemisch: Polyhexamethylenadipinsäureamid) die ersten vollständig synthetisch hergestellten Fasern. Rohstoff damals wie heute: Erdöl. Toray ist es nun gelungen, eine Nylon-510-Faser aus rein biobasierten synthetischen Polymeren herzustellen. Ecodear™ N510 ist die erste zu 100 Prozent pflanzenbasierte Nylonfaser in der Ecodear™-Produktpalette von Toray.

Ecodear™ N510 richtet sich an High-End-Märkte, wo Kunden großen Wert auf Nachhaltigkeit legen. Die Fasern sind in erster Linie für Sport- und Outdoor-Bekleidung gedacht, können aber auch in leichter Unterwäsche sowie Spitzenstoffen verarbeitet werden.

Toray plant den Verkaufsstart von Textilien aus Ecodear™ N510 für Herbst/Winter 2023. Bis Ende März 2023 soll das Produktionsvolumen 200.000 Meter betragen und bis März 2026 auf 600.000 Meter anwachsen. Der Verkauf von Ecodear™ N510-Fasern soll dann im Herbst/Winter 2024 starten, bis März 2024 erwartet das Unternehmen eine monatliche Produktion von drei Tonnen.

Toray entwickelte Ecodear™ N510 durch Polymerisieren und Spinnen von Sebacinsäure aus Rizinusöl und Pentamethylendiamin aus Mais. Im Gegensatz zu anderen Nylonsorten auf rein pflanzlicher Basis hat Ecodear™ N510 einen hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Dimensionsstabilität. Außerdem ist es genauso stark und hitzebeständig wie Nylon 6. Unternehmen können so nachhaltige Produkte herstellen, ohne bei den Eigenschaften Abstriche machen zu müssen.

Für Toray ist Ecodear™ N510 aber nur der Anfang. Das Unternehmen arbeitet bereits an dünneren und leichteren Fasern sowie an Varianten mit einer anderen Form des Faserquerschnitts, was Textilien besondere Eigenschaften verleihen wird. Damit erschließt Toray neue Anwendungen für Bekleidung und technische Materialien und unterstützt die Transformation zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Die Toray-Gruppe hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 Kohlenstoffneutralität zu erreichen und zur Lösung von Umweltproblemen auf der ganzen Welt beizutragen.

Bei Aufforstungen müssen die Setzlinge geschützt werden. Sogenannte Wuchshüllen hindern Wild daran, von den jungen Pflanzen zu fressen und helfen, dass sie nicht von anderen Pflanzen am Wachstum gehindert werden. Bisher gebräuchliche Hüllen aus Kunststoff und Metall werden häufig nicht rechtzeitig entfernt und belasten die Umwelt. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) haben aus nachwachsenden Rohstoffen ein biologisch abbaubares Garn für Wuchshüllen entwickelt.

Wiederaufforstungen sind nicht nur nach Stürmen und Bränden nötig. Generell muss der Wald durch Mischbestände und seltene Baumarten gegen den Klimawandel gewappnet werden. Wuchshüllen sind in den ersten Jahren ein wichtiger Bestandteil der Waldbewirtschaftung.

Auf dem Markt verfügbare Hüllen müssen nach drei bis fünf Jahren entfernt und eingesammelt werden. Dies wird wegen Personalmangel häufig nicht erledigt oder ist durch Überwucherung, oder weil die Hülle in den Baum eingewachsen ist, nicht mehr möglich. Somit verbleiben jährlich zahlreiche Wuchshüllen in deutschen Wäldern bis sie verrosten oder durch äußere Einflüsse in umweltschädliche Kunststoffbestandteile zerkleinert werden. Derzeit erhältliche Varianten aus Biokunststoffen basieren zwar auf nachwachsenden Rohstoffen, sind jedoch nicht biologisch abbaubar, zersetzen sich bereits während der Nutzungsphase und belasten die Natur mit Klein- und Mikroplastik.

Die Firma Buck GmbH & Co. KG beauftragte die DITF deshalb, ein Garn aus nachwachsenden Rohstoffen zu entwickeln, das auch biologisch abbaubar ist. Dieses Garn sollte sich mit einer Strickmaschine zu einem Schlauch verarbeiten lassen, um anschließend zu einer steifen, aber gleichzeitig nachgiebigen Röhre konsolidiert zu werden.

Als Ausgangsmaterialien für die Entwicklung eines Hybridgarnes wurden nachwachsende Naturfasern und Polylaktid (PLA) genutzt, die die Firma Trevira für die Forschung kostenlos bereitgestellt hat. PLA besteht aus chemisch aneinander gebundene Milchsäuremolekülen und stellt aktuell den einzigen im industriellen Maßstab verfügbare biologisch abbaubare Thermoplast dar. Besonderes Augenmerk wurde auf eine besonders hohe Reinheit des PLA gelegt, um eine Umweltschädigung durch Weichmacher oder andere Inhaltstoffe zu vermeiden.

Als nachwachsende Naturfasern wurden zunächst Flachsfasern verwendet. In mehreren aufeinander folgenden Prozessen der Spinnvorbereitung wurden sie mit den PLA-Stapelfasern geöffnet, gemischt und zu einem Faserband verarbeitet. Anschließend wurde in Voruntersuchungen eine geeignete Garnstruktur für das biobasierte Hybridgarn ermittelt. Gesucht war ein einfaches, weitverbreitetes Spinnverfahren, das eine schnelle Umsetzung in den industriellen Maßstab gewährleistet. Es wurden Spinnversuche an einer Rotorspinnmaschine, am Flyer, einem dem Ringspinnen vorgelagerten Prozess, und an einem an den DITF entwickelten Umwindespinntester durchgeführt. Schließlich wurde die Vorgarnherstellung mittels Flyer gewählt, da dieses Verfahren ein voluminöses sowie gleichzeitig festes Hybridgarn mit ausreichend flexiblen Einstellparametern erzeugt und zudem bei vielen Spinnereien verbreitet ist. Anschließend wurde das Hybridgarn bei der Firma Buck GmbH & Co. KG zu einem Gestrick verarbeitet und daraus eine Baumhülle gefertigt.

Aus materialtechnischen und wirtschaftlichen Gründen wurden zur Optimierung des Hybridgarns die Flachsfasern durch Baumwollfasern ersetzt. Die Baumwollfaser ist quer zur Faserlängsachse biegsamer als die Flachsfaser. Dadurch erweist sie sich im Gestrick und in der in der anschließenden Anwendung als Baumhülle flexibler gegenüber von außen wirkenden Kräften wie zum Beispiel Tieren oder Wind. Baumwollfasern sind im Vergleich zu Flachsfasern in Baumwollspinnereien verfügbar, was die Anzahl an potentiellen Lieferanten für das Hybridgarn steigert.

Zum vierten Mal zeichnete in diesem Jahr der internationale Start-up Wettbewerb „Plan B – Biobasiert.Business.Bayern.“ des BioCampus Straubing die besten Geschäftsideen für biobasierte Lösungen aus.

Dr. Crnoja-Cosic, Director New Business Development, und Matthew North, Commercial Director, vertraten Kelheim Fibres bei der Preisverleihung. Der Hersteller von Viskosespezialfasern arbeitet seit Jahren mit dem BioCampus Straubing zusammen und unterstützt den Wettbewerb in diesem Jahr als Preis-Pate. In dieser Funktion gratulierte Dr. Crnoja-Cosic dem neu gegründeten Team der Microbify GmbH zum dritten Platz und überreichte einen Scheck über 3.000 Euro. Dr. Crnoja-Cosic würdigte vor allem den Ansatz, bestehende Infrastruktur innovativ umzunutzen.
Als Ausgründung aus der Universität Regensburg arbeitet Microbify unter anderem an der Nutzung alter Erdgasspeicher für die Produktion von grünem Erdgas durch extremophile Mikroorganismen.

Der Wandel von einer fossilen zu einer biobasierten Wirtschaft voranzutreiben, ist ein erklärtes Ziel von Kelheim Fibres, dessen Spezialfasern fossile Materialien in immer mehr Anwendungen ersetzen sollen. Dazu sucht der Faserhersteller in einem Open Innovation-Ansatz Inspiration und Austausch innerhalb der eigenen Branche ebenso wie mit branchenfremden Innovationspartnern, Start-ups und der Wissenschaft.