Forschungspublikationen

Einleitung

Die Textilindustrie steht vor der Herausforderung, den steigenden Ressourcenverbrauch und das wachsende Aufkommen an Alttextilien mit den Anforderungen einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft in Einklang zu bringen. Mit der Einführung neuer europäischer Vorgaben wächst der Bedarf an wirtschaftlich tragfähigen Recyclingverfahren, die hochwertige Sekundärrohstoffe bereitstellen können und sich in industrielle Prozessketten integrieren lassen. [1] Großes Potential bietet hier das chemische Faser-zu-Faser Recycling. Durch chemisches Recycling können wieder hochwertige Fasern aus textilen Abfällen erzeugt werden, die in ihrer Qualität mit neuen Materialien konkurrenzfähig sind. Beim chemischen Recycling werden kunststoffhaltige Textilien zu Monomeren depolymerisiert, aufgereinigt, repolymerisiert und zu neuen Fasern ausgesponnen. Der industrielle Einsatz chemischer Recyclingverfahren ist aktuell jedoch begrenzt: insbesondere Störstoffe sowie homogene und verunreinigte Materialströme stellen erhebliche Herausforderungen dar. [2] Es können drei zentrale Herausforderungen definiert werden:

• Störstoffe erkennen und charakterisieren
• Prozessrobustheit und -flexibilität erhöhen
• Qualität des Rezyklats sichern

Diese Schritte bilden die Basis, um das chemische Recycling wirtschaftlich konkurrenzfähig zu machen und somit die industrielle Anwendung zu ermöglichen [3,4].

Problemlösung:

Vor diesem Hintergrund verfolgt das Forschungsprojekt CloseTex das Ziel, eine durchgängige Prozesskette für das chemische Faser-zu-Faser-Recycling polyesterhaltiger Alttextilien zu entwickeln und damit die Voraussetzungen für ein wirtschaftlich tragfähiges, industriell umsetzbares Recyclingkonzept zu schaffen. Um dieses Ziel zu erreichen, bündeln das ITA Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) und der Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik der Aachener Verfahrenstechnik (AVT.FVT) ihre Kompetenzen.

Im Projekt CloseTex wird die gesamte Prozesskette des chemischen Textilrecyclings untersucht. Zunächst werden am ITA prozesskritische Störstoffe identifiziert und Verfahren zu deren automatisierter Erkennung entwickelt. Dadurch sollen geeignete Eingangsmaterialien für das chemische Recycling bereitgestellt werden. Als Schnittstelle zwischen den Kooperationspartnern dient die Untersuchung von der Depolymerisation vorgeschalteten Aufreinigungsschritten.  An der AVT.FVT werden die Auswirkungen dieser Störstoffe auf das chemische Recycling untersucht.  Darüber hinaus werden Verfahren zur Störstoffentfernung, Monomeraufreinigung und Prozessoptimierung entwickelt. Im Rahmen eines hybdriden Ansatzes werden die experimentellen Arbeiten mit modellbasierten Prozesssimulationen verbunden, um technische und wirtschaftliche Potenziale zu bewerten.

Im weiteren Projektverlauf werden die aufgereinigten Monomere erneut polymerisiert. Die hergestellten Polymere werden am ITA umfassend charakterisiert und ihre Eignung für die Herstellung hochwertiger Filamente nachgewiesen. Abschließend werden die Ergebnisse beider Forschungseinrichtungen zusammengeführt. Daraus werden Empfehlungen für recyclinggerechtes Produktdesign, industrielle Prozessketten und die wirtschaftliche Umsetzung chemischer Faser-zu-Faser-Recyclingverfahren abgeleitet. Auf diese Weise werden wissenschaftliche Grundlagen für eine ressourcenschonende Kreislaufwirtschaft im Textilbereich geschaffen.

Danksagung:

Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Förderung des Projektes CloseTex im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF). Darüber hinaus danken die Autoren den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses für die Unterstützung im Projekt.

Literatur:

[1]         Waibel, G.; Espey, N.:

Circular Economy and Textiles in the EU

In: Gries, T.; Debicki, L.; Schindler, C.; Schlichter, S.: Circular Textile Economy. – München: Hanser, 2026, S. 56 – 68

[2]         bifa Umweltinstitut GmbH (Hrsg.):
Ökonomische Potenziale des Textilrecyclings und der Wasserstofferzeugung aus Textil-abfällen in Bayern
Augsburg: bifa Umweltinstitut GmbH, 2023, URL: https://www.bifa.de/fileadmin/_migrated/pics/bifa-Texte/bifa-Text_Nr.73_Oeko-nomische_Potenziale_des_Textilrecyclings.pdf
Zugriff am: 30.06.2025

[3]         Piribauer, B.; Bartl, A.:
Textile recycling processes, state of the art and current developments: A mini review
Waste Management & Research 37 (2019), Issue 2, pp. 112-119 https://doi.org/10.1177/0734242X18819277

[4]         Jönsson, D.; Wie, R.; Biundo, A.; Landberg, J.; Bour, L.; Pezzotti, A.; Toca, A.; Jacques, L.; Bornscheuer, U.; Syrén, P.-O.:

Biocatalysis in the Recycling Landscape for Synthetic Polymers and Plastics towards Circular Textiles

Chemical Upcycling of Waste Plastics 14 (2021), Issue 19, pp. 4028-4040
https://doi.org/10.1002/cssc.202002666

Einleitung

Die weltweite jährliche Chemiefaserproduktion wächst stetig und wird 2030 voraussichtlich 100 Mio. t überschreiten. Der Polyester (PES) Polyethylenterephthalat (PET) ist mit 80 % Marktanteil das meistgenutzte Polymer. Alleine die weltweite Kleidungsproduktion wurde zwischen 2000 und 2015 fast verdoppelt. Mittlerweile werden mehr als 80 % aller produzierten Fasern für Kleidung eingesetzt. Von weltweit produziertem PET werden 30 bis 60 % in Kleidung eingesetzt, also ca. 18 bis 36 Mio. t. So ist PET das meistgenutzte Material für Kleidung (Stand 2021). Die Textilindustrie steht somit vor enormen ökologischen Herausforderungen, insbesondere aufgrund des hohen Anteils an fossilen Rohstoffen in der Textilproduktion. Fossile Polyester machen etwa 52 % des Marktes aus und haben erhebliche negative Auswirkungen auf die Umwelt und den Ressourcenverbrauch. Kunstfasern in Bekleidung werden zum Großteil aus diesen fossilen Polyestern mit Hauptbestandteil Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt, welches jedoch noch nicht zu 100 % biobasiert hergestellt wird. Kleidung aus 100 % Biopolymeren wird bisher nur in Studien und Leuchtturmprojekten gezeigt, da diese zu teuer für den Massenmarkt und nicht in ausreichender Menge vorhanden sind. Das Projekt bioPEtex verfolgt das Ziel, 100 % biobasiertes Polyethylen (BioPE) im Bekleidungsmarkt zu etablieren. Aus dem großvolumig vorhandenen thermoplastischen Drop-In-Polymer wird sortenreine und thermomechanisch recycelbare Kleidung hergestellt. Dazu muss das Defizit gelöst werden, dass PE nicht für die Endlosfaserherstellung produziert wird und es keine dafür ausgewiesenen Typen sowie keine auf das Polymer ausgelegte, textiltechnische Anlagetechnik gibt. Aufgrund von Vorarbeiten am Institut für Textiltechnik, dem aktuellen Projektstand und Alberghini et al. ist abzusehen, dass das Projekt erfolgreich sein wird. Die Expertise des Konsortiums ist für die schnelle Umsetzung bestens geeignet. [Tex22; AHL+21; SB20]

Material und Methoden

Im Rahmen des Projekts werden kommerziell verfügbare biobasierte Polyethylene ausgewählt, beschafft und modifiziert (vgl. Abbildung 1).

Anschließend werden spinnbare Compounds aus BioPE entwickelt. Für die nachfolgende Spinnfärbung im Schmelzspinnprozess werden durch den Industriepartner TECNARO GmbH, Ilsfeld, Farbmasterbatches mit biobasierten Farbpigmenten entwickelt, um eine nachhaltige Alternative zur konventionellen Färbung mit Farbstoffen zu realisieren. Zudem ist die konventionelle Anfärbung von PE herausfordernd [BBO+13]. Aus diesen BioPE-Compounds werden über Schmelzspinn- und Texturierprozesse im semi-industriellen Maßstab verschiedene texturierte Multifilamentgarne mit bis zu 100 Filamenten entwickelt, sodass ein biobasiertes T-Shirt konfektioniert werden kann. Bisher wird PE in der Industrie lediglich für Stapelfasern, hochverstreckte Fasern für technische Anwendungen oder für Carbonfasern eingesetzt – jedoch noch nicht als Garn in der Bekleidung [Fou99; Pei18; Wor17]. Zusätzlich zur Elastizität durch die Maschen im Gestrick werden innovative, vorwettbewerbliche, nachhaltige Textilausrüstungen getestet und weiterentwickelt.

Ergebnisse

Die ersten Ergebnisse zeigen vielversprechende Fortschritte bei der Verarbeitung von BioPE in spinngefärbten Garnen mit geeigneten Eigenschaften für textile Anwendungen. BioPE kann in stabilen Schmelzspinnprozessen zu Multifilamentgarnen verarbeitet werden. Die Prozessentwicklung mit gefärbten BioPE-Compounds wird zurzeit durchgeführt (vgl. Abbildung 2).

Die resultierenden teilverstreckten Garne (engl. Partially-Oriented Yarn, POY) mit aktuell 96 Filamenten und einem Einzelfilamenttiter von ca. 1 dtex weisen geeignete Eigenschaften für die anschließende Falschdrahttexturierung auf (vgl. Abbildung 3). Produktionsgeschwindigkeiten beim Schmelzspinnen befinden sich zurzeit im industriellen Bereich (2.500 m/min). In einem nächsten Schritt werden Garne mit 30 Filamenten mit höher Einzelfilamenttiter ausgesponnen, um dem resultierenden Textil in Kombination mit den feinen Garnen mehr Stabilität zu verleihen.

Zugfestigkeiten von ca. 20 cN/tex werden bisher erreicht und die angestrebten, von PET-POY abgeleiteten Zielwerte somit bereits erfüllt. Die Falschdrahttexturierung im Labor- (ITA) sowie im semi-industriellen Maßstab (BB Engineering GmbH, Remscheid) ist ebenfalls erfolgreich. Die mechanischen Garnkennwerte der texturierten Garne (engl. Draw-Textured Yarn, DTY) werden somit verbessert und das Garnvolumen sowie das Wärmerückhaltevermögen erhöht (vgl. Abbildung 4). In der Abbildung ist bei der Nahaufnahme des DTY zu sehen, dass im Labormaßstab keine Tangelung eingebracht wurde und der Garnzusammenhalt somit noch nicht ideal ist. Das DTY aus dem Labormaßstab lässt sich jedoch bereits ohne Probleme zu einem Gestrick verarbeiten. Im semi-industriellen Maßstab werden diese Defizite zudem behoben.

Mit dem resultierenden naturfaserähnlichen, kühlen Griff ist der Einsatz im Textil nun möglich. Erste Strickversuche mit dem Labor-DTY sind beim Industriepartner FALKE KGaA, Schmallenberg, erfolgreich und bestätigen erneut das kühlende Gefühl bei Berührung des Textils. Weitere Garne werden entwickelt, damit als nächster Schritt das T-Shirt für Sportanwendungen mit aus semi-industriellen Garnen produziert und als Demonstrator validiert werden kann. Die Entwicklung der biobasierten elastischen Ausrüstung erfolgt zurzeit ebenfalls.

Zusammenfassung

Das Projekt bioPEtex stellt einen innovativen Ansatz dar, um nachhaltige Bekleidung aus biobasierten Materialien herzustellen. Durch gezielte Forschung und Entwicklung sollen sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile realisiert werden. Die erzielten Ergebnisse könnten dazu beitragen, den ökologischen Fußabdruck der Textilindustrie erheblich zu verringern und neue Standards für Recyclingfähigkeit in der Modebranche zu setzen. Bisher sind die Entwicklungen mit biobasierten PE-Compounds erfolgreich und glatte teilverstreckte sowie texturierte Garne können im semi-industriellen Maßstab produziert und zu einem kühlenden Gestrick verarbeitet werden. Die Validierung als Demonstrator in Form eines seamless gestrickten, biobasierten T-Shirts mit elastischer biobasierter Ausrüstung steht im weiteren Projektverlauf noch aus.

Danksagung

Wir danken dem Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) für die Förderung des Innovationsraums BIOTEXFUTURE und des Forschungsprojekts bioPEtex (FKZ: 031B1496). Zudem möchten wir allen Beteiligten in diesem Projekt für ihre Beiträge und ihr Engagement danken.

Literaturverzeichnis

1. [AHL+21] Alberghini, M.; Hong, S.; Lozano, L. M.; Korolovych, V.; Huang, Y.; Signorato, F.; Zandavi, S. H.; Fucetola, C.; Uluturk, I.; Tolstorukov, M. Y.; Chen, G.; Asinari, P.; Osgood, R. M.; Fasano, M.; Boriskina, S. V.:
   Sustainable polyethylene fabrics with engineered moisture transport for passive cooling
   Nature Sustainability 4 (2021), H. 8, S. 715–724

   [BBO+13] Baur, E.; Brinkmann, S.; Osswald, T. A.; Rudolph, N.; Schmachtenberg, E.; Saechtling, H.:
   Saechtling Kunststoff Taschenbuch. 31. Ausgabe, [komplett überarb., aktualisiert und zum ersten Mal in Farbe]Aufl..- München: Hanser, 2013

   [Fou99] Fourné, F.:
   Synthetic Fibers. Hanser, München, 1999

   [Pei18] Peijs, T.:
   1.5 High Performance Polyethylene Fibers:
   Comprehensive Composite Materials II: Elsevier, 2018, S. 86–126

   [SB20] Siracusa, V.; Blanco, I.:
   Bio-Polyethylene (Bio-PE), Bio-Polypropylene (Bio-PP) and Bio-Poly(ethylene terephthalate) (Bio-PET): Recent Developments in Bio-Based Polymers Analogous to Petroleum-Derived Ones for Packaging and Engineering Applications
   Polymers 12 (2020), H. 8

   [Tex22] Textile Exchange:
   Preferred Fiber and Materials Market Report 2022
   Burbank, California: 10/2022

   [Wor17] Wortberg, G.:
   Entwicklung polyethylenbasierter Precursoren für die thermochemische Stabilisierung zur Carbonfaserherstellung. Shaker Verlag, Dissertation,