Entwicklung biobasierter Polyethylen-Fasern für textile Anwendungen

Im Forschungsprojekt bioPEtex arbeitet BB Engineering (BBE) gemeinsam mit anderen Partnern an der Entwicklung von Textilien aus 100 % biobasiertem Polyethylen (PE). Ziel ist es, das in der Chemiefaserindustrie bislang kaum genutzte Polymer nutzbar zu machen. BBE bringt seine Spinnerei- und Texutrierexpertise ein und entwickelt den Texturierprozess auf industriellen Maßstab. Erste vielversprechende Ergebnisse liegen vor und eröffnen der Textilindustrie neue Chancen für nachhaltige und wirtschaftlich attraktive Anwendungen.

Der globale Chemiefasermarkt wird seit Jahren maßgeblich von PET dominiert, einem technisch ausgereiften, vielseitig einsetzbaren und kosteneffizienten Polymer für textile Anwendungen. Trotz seiner Vorteile hinsichtlich Verarbeitbarkeit, Festigkeit und ökonomischer Verfügbarkeit steht PET in der Kritik: Die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen, hohe CO2-Emissionen entlang der Wertschöpfungskette sowie Herausforderungen bei der Kreislaufführung von PET-Produkten lenken den Blick von Forschung und Industrie auf alternative sowohl wirtschaftliche als auch nachhaltige Materialien.

Biopolymere sind hier in dem Zusammenhang ein wichtiges Stichwort. PET lässt sich jedoch nicht zu 100% biobasiert im industriellen Maßstab herstellen. Kleidung, die zu 100% aus sonstigen Biopolymeren besteht, existiert nur in Studien, da diese für den Massenmarkt zu teuer ist. Vor dem Hintergrund untersucht das deutsche Forschungsprojekt bioPEtex ein Polymer, was aufgrund seiner Eigenschaften bislang eher als ungeeignet für die Chemiefaserherstellung angesehen wurde: PE. Denn biobasiertes PE ist günstig in der Beschaffung und umweltfreundlich. Doch ist es für die Textilindustrie überhaupt noch nicht erschlossen. 

BB Engineering (BBE) ist einer der Industriepartner, die zusammen mit der RWTH Aachen das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Projekt umsetzen. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Textilien aus 100 % biobasiertem Polyethylen, die sowohl umweltfreundlich als auch wirtschaftlich tragfähig sein sollen. 

BBE ist Anbieter von Spinn-, Texturier- und Recyclinganlagen sowie Extrusions- und Filtrationstechnik und verfügt über umfassendes Know-How in der Herstellung von Kunstfasern und deren Rückführung in den Wertstoffkreislauf. Diese langjährige Expertise bringt das Unternehmen im Projekt bioPEtex ein. Hierbei unterstützt BBE einerseits beratend die Entwicklung des Spinnprozesses. Darüber hinaus übernimmt BBE den entscheidenden Verfahrensschritt der Texturierung, der die spätere textile Performance der entwickelten Fasern maßgeblich beeinflusst. 

„Mit unserer Beteiligung am Projekt bioPEtex wollen wir nicht nur an der Entwicklung nachhaltiger Lösungen mitwirken, sondern auch den wirtschaftlichen Nutzen für unsere Kunden im Fokus haben“, erklärt Dr. Klaus Schäfer, Geschäftsführer von BBE. „Bio-PE-Textilien bieten Unternehmen die Möglichkeit, ihre Produktionskosten zu senken und gleichzeitig neue Marktsegmente zu erschließen.“

Polyethylen und seine Rolle in der Chemiefaserindustrie
Polyethylen zählt global zu den am häufigsten produzierten Polymeren. Besonders beständig, hydrophob, leicht und chemisch stabil findet es neben seinem Haupteinsatzgebiet, der Verpackungsindustrie, auch Anwendung in diversen anderen Bereichen wie z.B. Baustoffen und Konsumgütern. Doch in der textilen Faserproduktion spielt PE bislang kaum eine Rolle. Aus technischer Sicht basiert dies insbesondere auf Verarbeitungsherausforderungen. PE kristallisiert bei niedrigen Temperaturen und bietet folglich ein enges temperaturtechnisches Fenster für Spinnen und Texturieren. Außerdem erschwert die geringe Polarität von PE seine Färbbarkeit.

So findet PE heute ausschließlich als Funktionskomponente in Composites, in Geokunststoffen oder in speziellen Hochleistungsfasern (z. B. UHMWPE) Anwendung – jedoch kaum in klassischen Bekleidungs- oder Heimtextilsegmenten. Dabei eröffnet die Materialstruktur auch interessante Eigenschaften für bestimmte textile Anwendungen:

• sehr niedrige Dichte führt zu extrem leichten Fasern,
• ausgezeichnete chemische Beständigkeit,
• sehr gute Formstabilität und Abriebfestigkeit,
• potenziell gute Rezyklierbarkeit durch klare Polymerstruktur,
• wasserabweisend und schnell trocknend bei gleichzeitigühler Haptik.

Das Problem der erschwerten Färbbarkeit ließe sich durch Spinnfärben lösen. 

Damit könnte PE für Anwendungen relevant werden, in denen Leichtbau, Hydrophobie, robuste Performance und Recyclingfähigkeit gefragt sind – etwa in Sporttextilien, Outdoorprodukten, technischen Textilien oder hygienischen Einwegprodukten. 

Biobasiertes PE – Ökonomische und ökologische Potenziale für die Textilindustrie
Im Gegensatz zu PET unterscheidet sich biobasiertes PE chemisch nicht von seiner fossilbasierten Variante: Beide Materialien sind vollständig identisch in Struktur und Eigenschaften. Der Unterschied liegt einzig in der Herkunft der eingesetzten Monomere. Biobasiertes PE wird meist aus fermentiertem Zucker (z.B. aus Zuckerrohr) oder Stärke (z.B. aus Mais) erzeugt. 

Im Vergleich zu fossilem PE weist es eine deutlich bessere CO2-Bilanz auf und eröffnet die Möglichkeit eines vollständig biobasierten textilen Recyclingkreislaufs ohne Qualitätseinbußen. Da der niedrige Schmelzpunkt den Energiebedarf in der Verarbeitung senkt und (Bio-)PE global hoch verfügbar ist, sind die Energie- und Materialkosten potenziell geringer. Die Textilindustrie kann hier von den etablierten Rohstoffströme der Verpackungs- und Kunststoffindustrie profitieren. Darüber hinaus ermöglicht die Einführung von PE-Fasern die Entwicklung neuer, hochspezialisierter Produktsegmente und eröffnet Herstellern zusätzliche Differenzierungsmöglichkeiten durch nachhaltige Materialalternativen. 

BB Engineering entwickelt PE-Texturierprozess 
Bevor PE jedoch im industriellen Maßstab als Werkstoff für die Chemiefaserbranche genutzt werden kann, muss es zunächst systematisch erprobt werden. Daran arbeitet derzeit das Projekt bioPEtex. Innerhalb des Konsortiums übernimmt BBE die Entwicklung und Anpassung der Texturierprozesse. Dieser Schritt ist entscheidend, da erst die Texturierung die späteren haptischen, funktionalen und mechanischen Eigenschaften einer Faser definiert. Die Herausforderung liegt darin, PE unter den neuartigen Prozessbedingungen so zu modifizieren, dass es mit den etablierten textilen Anwendungen kompatibel wird. 

Insgesamt umfasst das Projekt mehrere innovative Schritte:

1. Materialentwicklung: Herstellung von spinnbaren Bio-PE-Compounds durch die Firma TECNARO, die biobasierte Farbpigmente enthalten.
2. Prozessoptimierung: Schmelzspinn- und Falschdrahttexturierverfahren, die am Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen und bei BBE für die industrielle Nutzung skaliert werden.
3. Textilproduktion: Der Partner FALKE führt erste Strickversuche durch, um die Garne in Form von Demonstrator-T-Shirts zu validieren.

Die bisherigen Ergebnisse zeigen vielversprechende Fortschritte: Die Bio-PE-Garne weisen geeignete mechanische Eigenschaften auf und bieten ein angenehmes Tragegefühl mit kühlendem Effekt, der z.B. bei Sportkleidung gewünscht ist. Gleichzeitig wird ein Design-for-Recycling-Ansatz verfolgt, um die Textilien am Ende ihres Lebenszyklus effizient wiederzuverwerten. Ein besonderer Meilenstein im Projekt ist die erfolgreiche Herstellung eines ersten weißen T-Shirts – eine erste Grundlage, um die Marktfähigkeit zu prüfen. Weitere Entwicklungsschritte und Optimierungen sind hier noch erforderlich.

„Die bisherigen Resultate stimmen uns sehr positiv. Sie zeigen, dass PE eine reale Chance in der textilen Wertschöpfung hat und in spezifischen Anwendungen deutliche ökonomische und ökologische Vorteile für die Industrie haben kann. Wir freuen uns an diesem wegbereitenden Projekt beteiligt zu sein. Es ist unser Anspruch, unseren Kunden zukunftsfähige und profitable Innovationen bereitzustellen.“ so Dr. Klaus Schäfer.