Hydrofichi – Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs)

Das Ziel von Hydrofichi ist die Modifikation textiler Oberflächen mittels nachwachsender Rohstoffe, um bisher eingesetzte umweltschädliche und toxische Agenzien zu ersetzen. Hierzu wird eine chitosan­basierte hydrophobe Veredlung von Textilien entwickelt.

Chitosan in der Textilindustrie – Vom Schlichtemittel zum Funktionsträger

© Fraunhofer IGB
Kontaktwinkelmessungen eines mit modifiziertem Chitosan hydrophobierten Textils bestätigen eine hervorragende Wasserabweisung.

Herausforderung

In der Vergangenheit spielten Enzyme und nachwachsende Rohstoffe in der Textilprozessierung eine untergeordnete Rolle. Diese wurden zwar eingesetzt, um z. B. Textilien zu schlichten und zu entschlichten, dennoch findet – gegenüber der Vielzahl an petrochemischen Produkten und Textilhilfsmitteln – derzeit nur ein geringer Anteil in der Textilveredlung Anwendung. Hydrofichi zeigt nicht nur das große Potenzial des Biopolymers Chitosan zur effizienten Hydrophobierung von Textilien auf, sondern definiert auch weitere vielversprechende Einsatzgebiete des Polysaccharids in Textilprozessen.

 

Chitosan – Gut verfügbares hydrophobes Biopolymer

Chitosan kann sowohl aus Fischereiabfällen isoliert wie auch aus Seitenströmen der Insektenkultivierung oder explizit aus Mikroorganismen gewonnen werden. Chitosan wird bereits als biobasiertes und umweltfreundliches Schlichtemittel in der Textilindustrie angeboten und teilweise eingesetzt. Das nachwachsende Biopolymer bietet sich aufgrund seiner chemischen Struktur auch zur Derivatisierung und Beschichtung an. Wird Chitosan in der Ausrüstung eingesetzt, können ob der funktionellen Gruppen die textilen Oberflächen auch hydrophobiert werden.

 

Maßgeschneiderte Funktionalisierung als Hydrophobierungsmittel

Im Vorhaben Hydrofichi haben wir das Biopolymer Chitosan maßgeschneidert für den Einsatz als Hydrophobierungsmittel funktionalisiert.

In Laborversuchen zeigten die vom Fraunhofer IGB beschichteten textilen Gewebe nach Veredlung eine signifikante Hydrophobizität. Chitosan konnte dabei erfolgreich in Prozessen zur Veredlung von Textilien erprobt werden und war teilweise als Templat für die Hydrophobierung essenziell. Im Zuge unserer Untersuchungen wurde die chemische und biotechnologische Funktionalisierung von Chitosan mit verschiedensten biobasierten Edukten optimiert. Zur hydrophoben Veredlung der Gewebe wurden erstmals auch Enzyme eingesetzt. Sie stellen daher ein Alleinstellungsmerkmal in der Hydrophobierung von Textilien dar.

Die Bewertung der Veredelungen wurde mittels standardisierter Tests, aber auch mit eigens dafür entworfenen Testständen und Methoden durchgeführt. Kontaktwinkelmessungen mit Werten von über 140° und damit eine effiziente Wasserabweisung bestätigten die erfolgreiche Veredlung.

 

Anwendungsspektrum effizienter Chitosan-Formulierungen von Textilien bis zur Medizintechnik

Die im Projekt entwickelten hocheffizienten und gleichzeitig nachhaltigen Chitosan‑Formulierungen können fossilbasierte Komponenten für die Textilveredelung ersetzen. Die biobasierten hydrophoben Chitosanderivate finden dabei nicht nur als maßgeschneiderte Komponente von Textilien Anwendung, sondern können durch ihren antimikrobiellen und hydrophoben Effekt darüber hinaus auch für die Medizintechnik von Interesse sein, beispielsweise in Prothesen und Implantaten oder als Beschichtung von Plastiken und Metallen.

 

Ausblick

Aus Sicht der Textilindustrie ist für Chitosan als Ankermolekül zur Hydrophobierung noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht. Ganz im Gegensatz: Studien bezeugen, dass das Polysaccharid in den unterschiedlichsten Textilprozessen als Ersatz synthetischer Polymere eingesetzt werden kann. Das IGB wird daher auch weiterhin seinen Fokus auf die Modifikation des Chitosan‑Moleküls sowie die Optimierung der Formulierungen legen, um biobasierte marktfähige Produkte zu entwickeln. Dadurch gelingt es, weitere petrochemische Textilhilfsmittel durch neue bioökonomische Produkte zu ersetzen.

Publikationen

Die in Hydrofichi erzielten Ergebnisse zielen darauf ab, Textilprozesse nachhaltiger zu gestalten, bzw. das Polysaccharid Chitosan verstärkt als Alternative zu integrieren. So wird vor allem der partielle Ersatz perfluorierter Beschichtungen zur Hydrophobierung von Textilien fokussiert. Die Resultate besitzen damit auch eine starke wirtschaftliche Relevanz. Das Konsortium hat sich trotzdem dazu entschlossen, verschiedene Resultate der Forschung einer breiteren Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen. Um das Potenzial dieses Polysaccharides zu verdeutlichen, wurden in Vorträgen und Publikationen Ressourcen, Modifikationen und vor allem die Anwendung zur hydrophoben Beschichtung von Textilien beleuchtet.

 

Vorträge

Hahn T, Zibek S (2020) Insect waste makes textile processing more sustainable. Bioeconomy Congress. Universität Hohenheim; BIOPRO Baden-Württemberg GmbH; Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg | mehr Info

Hahn T (2020) Chitosan Application in Textile Processing. 13th edition of EuropaBio’s annual EFIB conference. EuropaBio, BioCom | mehr Info

 

Wissenschaftliche Publikationen

Hahn, T., Tafi, E., Paul, A., Salvia, R., Falabella, P., Zibek, S. (2020) Current state of chitin purification and chitosan production from insects. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, vol 95. doi:10.1002/jctb.6533

Hahn, T., Bossog, L., Hager, T., Wunderlich, W., Breier, R., Stegmaier, T., Zibek, S. (2019) Chitosan application in textile processing and fabric coating in: van den Broek, B., Boeriu, C. (Eds.), Chitin and Chitosan: Properties and Applications, Wiley VCH 2019 doi.org/10.1002/9781119450467.ch16

Projektinformationen

Projekttitel

Hydrofichi – Chitosan-basierte hydrophobe und schmutzabweisende Veredlung von Textilien zur Substitution von perfluorierten Chemikalien (PFCs)

 

Projektlaufzeit

August 2017 – Januar 2021

 

Projektpartner

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Stuttgart (Koordination)
  • Deutsches Institut für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), Denkendorf
  • J.G. Knopf's Sohn GmbH & Co. KG, Helmbrechts
  • Textilchemie Dr. Petry GmbH, Reutlingen

 

 

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Förderung des Projekts »Hydrofichi«, Förderkennzeichen 031B0341A.