Aus der Branche

Nachhaltigkeit war das Leitthema der diesjährigen Textilmaschinenbaumesse ITMA. Und so zeigten fast alle Firmen in Mailand neue Technologien für das Textilrecycling. Doch es ist anspruchsvoll, aus Alttextilien hochwertige Garne zu gewinnen und zu ebenso hochwertigen Produkten zu verarbeiten. Noch gibt es nicht für alle Herausforderungen die passenden technologischen Lösungen. Für jedes Material müssen die passenden Prozesse gefunden werden. Dafür haben die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) zusammen mit dem Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) eine neue Prüfroutine entwickelt.

Am Anfang des Recyclingprozesses steht das mechanische Reißen, bei dem die Alttextilien zerkleinert werden. In den meisten Fällen schädigt die Prozedur die Fasern. Einzelne Fasern geraten zu kurz, was den anschließenden Spinnprozess erschwert. Um die Reißmaschinen optimal einstellen zu können, wurden nach dem Reißen die Fasern klassifiziert. Dazu haben die Forscherinnen und Forscher eine neue Prüfroutine entwickelt, die mit einem speziellen Messgerät durchgeführt wurde. Die Faserlänge ist der wichtigste Parameter für die Weiterverarbeitung der Fasern und für die Qualität des fertigen Garns aus Recyclingfasern. Garnstücke, die sich noch im gerissenen Material befinden, sind immer länger als die Fasern selbst und verfälschen dadurch die Faserlängenmessung. Durch den Prüfaufbau können noch vorhandene Garnstücke nahezu ohne weitere Fasereinkürzung aufgelöst werden. Somit ist eine exakte Messung der Faserlängenverteilung des gerissenen Recyclingmaterials möglich.

Auf der Basis der Prüfergebnisse können die Reißparameter besser auf das Material abgestimmt werden, so dass die Fasern beim Reißprozess weniger eingekürzt werden. Auf diese Weise können qualitativ höherwertige Garne hergestellt werden. Die Kennwerte des optimalen Recyclingmaterials, die anhand eines statistischen Verfahrens ermittelt wurden, dienten auch dazu, für die Ausspinnung das geeignete Recyclingprodukt und für den Spinnprozess die optimalen Einstellungen und Spinnmittel zu finden.

Anschließend wurden die recycelten Materialien zu Ring- und Rotorgarn verarbeitet. In der Praxis ließ sich das Ringgarn am besten mit dem Kompaktspinnverfahren herstellen. Durch dieses Verfahren können die ohnehin schon kurzen Recyclingfasern wesentlich besser eingebunden werden. Dadurch gewinnt das Garn an Festigkeit.

Mit der neuen Prüfroutine und den dadurch optimierten Prozessen war es möglich, Garne ohne Beimischung aus 100 Prozent recycelten Aramidfasern herzustellen, die anschließend zu Gestricken weiterverarbeitet wurden. Da Aramidfasern sehr teuer sind, senkt das Verfahren die Kosten, spart Rohstoffe und trägt zu mehr Nachhaltigkeit bei. Auch Baumwollfasern wurden in Mischung von 80 Prozent Gutfasern und 20 Prozent Rezyklat versponnen. Nach Projektabschluss konnte der Rezyklatanteil bei Baumwolle auf bis zu 70 Prozent erhöht werden.

Die Forschungsarbeit von DITF und STFI zeigt, dass es möglich ist, recyceltes Material zu 100 Prozent wieder zu verarbeiten. Die Garne müssen jedoch produktorientiert eingesetzt werden, das heißt, nicht jedes Garn aus recycelten Fasern passt für jede Anwendung. Denn durch den Reißprozess kommt es unweigerlich zu Qualitätseinbußen der Fasern, zum Beispiel bei der Garnfestigkeit.

Entscheidend für die Qualität des Garns aus recycelten Fasern ist auch die Qualität des Ausgangsmaterials. Besteht das Alttextil aus vielen unterschiedlichen Materialien, müssen diese erst mühsam getrennt werden. „Die Recyclingquote ist ein wichtiges Kaufkriterium, aber man muss die Qualität des Produkts und die Anwendung im Blick behalten“ ist das Fazit von wissenschaftlicher Markus Baumann, Mitarbeiter im Projekt.

Die Qualität von Verbundsystemen aus Cord hochfester Fasern wie Polyester, Aramid oder Polyamid und Matrixmaterialien aus Kautschuk wird maßgeblich bestimmt durch die Haftfähigkeiten der Fasern an der Matrix. Im etablierten Herstellungsprozess werden Haftvermittler aus Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL) zur Verbesserung der Haftfähigkeiten verwendet. Forschende an den DITF Denkendorf zeigen Wege, um das gesundheitsschädliche Formaldehyd durch technisch gleichwertige, aber gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu ersetzen.

In Autoreifen, Förderbändern und Keilriemen sowie in vielen Anwendungen bei der Herstellung technischer Erzeugnisse werden Kautschukmaterialien durch Cord verstärkt. Verwendet werden hochfeste Fasern aus Polyester, Polyamid oder Aramid. Sie sorgen für die notwendige Festigkeit und Steifigkeit des Gesamtverbunds und wirken äußeren Kräften entgegen. Dadurch können Verformungen, Dehnung und Torsion des Materials klein gehalten werden.

Diese Ansprüche an das Faserverbundmaterial können aber nur erfüllt werden, wenn zwischen Fasern und Matrix (aus Kautschuk bzw. Gummi) eine ausreichend hohe Haftfestigkeit besteht. Andernfalls ist mit einer Delamination der Werkstoffverbunde zu rechnen, die in wechselnden Lagen von Gewebe und Kautschuk aufgebaut sind. Materialversagen wäre die Folge.

Die Haftfestigkeit wird durch den Einsatz von Haftvermittlern erhöht. Bewährt haben sich Chemikalien auf der Basis von Formaldehyd-Resorcin-Latex (RFL). Sie werden als sogenannte Dips auf die Fasern aufgebracht und sorgen dafür, dass sich deren Haftung an der Matrix aus Kautschuk deutlich verbessert. RFL ist als Haftvermittler etabliert, hat aber einen bedeutenden Nachteil: Formaldehyd ist seit 2014 von der EU als nachweislich cancerogen und mutagen eingestuft. Die chemische Industrie ist daher auf der dringenden Suche nach gesundheitlich unbedenklichen Alternativen.

Die DITF haben ein neues, formaldehydfreies Beschichtungssystem entwickelt. Es basiert auf dem aus Holz gewinnbaren Stoff Hydroxymethylfurfural (HMF). HMF bildet sich bei der thermischen Zersetzung von Kohlenhydraten. Es kommt in vielen mit Hitze behandelten Lebensmitteln wie Milch, Kaffee oder Fruchtsäften vor und gilt nach derzeitigem wissenschaftlichem Kenntnisstand als gesundheitlich unproblematisch.
Die an den DITF entwickelten HMF-Dips sind auch aus technischer Sicht vielversprechend: Bei Garnen aus Polyamid 6.6 reicht eine einfache Imprägnierung aus, um die gewünschte Haftverbesserung zu erzielen. Garne aus Polyester oder Aramid bedürfen einer zusätzlichen vorhergehenden Plasmabehandlung oder einer Sol-Gel-Ausrüstung, um die notwendige Haftverbesserung zu erreichen. Das Aufbringen des HMF-Dips ist unter den gleichen Bedingungen und mit derselben Technologie möglich, die auch für die RFL-Dips verwendet wird. An dieser Stelle sind also keine zusätzlichen Investitionen nötig, um den Haftvermittler in der Produktion auszutauschen.

Die bereits aufgezeigten Vorteile sollen ausgebaut werden. Der Ersatz des Resorcins in der Dip-Formulierung ist das nächste Forschungsziel. Denn auch Resorcin hat eine humantoxische Wirkung. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern untersucht man derzeit, inwieweit Resorcin durch Lignin ersetzbar ist. Das Besondere an dem verwendeten Lignin ist, dass es aus einjährigen Pflanzen gewonnen wird. Damit ist es, im Gegensatz zum häufig verwendeten Holzlignin, chemisch wesentlich aktiver und bietet mehr Potential für die weitere Verarbeitung zu einem technisch vorteilhaften Haftvermittler.
Beide Ansätze, Chemikalien in Haftvermittlern durch gesundheitlich unbedenkliche Stoffe auszutauschen, tragen durchweg den Gedanken des nachhaltigen Wirtschaftens: Die neuen Haftvermittler aus HMF und Lignin basieren auf natürlichen Rohstoffen. Die Problemlösung innerhalb einer anspruchsvollen, technischen Anwendung unter Einhaltung von Nachhaltigkeitsaspekten spiegelt die Verpflichtungen der Forschung gegenüber den gesellschaftlichen Vorgaben wider. Für die klein- und mittelständische Industrie bieten die Forschungsergebnisse Grundlage für Innovationen und damit einen echten Vorteil im internationalen Wettbewerb.