Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Technologieentwicklung zur umweltfreundlichen Herstellung hochreiner Chitosanfilamentgarne mit hohem Leistungs- und Funktionsvermögen in reproduzierbarer Qualität und einstellbaren Eigenschaften

Das Biopolymer Chitosan (CS), das aus dem nachwachsenden Rohstoff Chitin gewonnen wird, ist ungiftig, antibakteriell, hämöostatisch und hochkompatibel für die Besiedelung mit humanen Zellen, wodurch hervorragende physiologische Eigenschaften zum Einsatz für biomedizinische Anwendungen gegeben sind. Auch ist CS biologisch abbaubar, wobei die Degradationsrate über den Grad der Deacetylierung (DA) des Biopolymers in einem weiten Bereich einstellbar ist. Die Herstellung und die Erspinnung von Filamentgarnen aus CS ist derzeit nur sehr eingeschränkt möglich, sodass am Markt derzeit keine 100 %-igen CS-Filamentgarne zur Verfügung stehen. Dieses ist durch die CS-Qualitäten bedingt, da bisher nur medizinische Qualitäten mit DA von 90-95 % zu verspinnen sind. Durch die Verwendung von ionischen Lösungsmitteln im Lösungsmittelnassspinnprozess, sollen zum einen weitere Qualitäten von CS (Lebensmittelqualität) und zum anderen DA <= 90 % zu reinen CS-Filamentgarnen verarbeitet werden. Neben diesem Einsatz von kostengünstigen CS ist durch das neue Verfahren die Degradation der Garne mittels der nun nutzbaren DA von 50-95 % in weiten Bereichen maßgeschneidert einzustellen. Ebenso sind mit CS medizinscher Qualitäten höhere Festigkeiten adressierbar (von mindestens 30 cN/tex), sodass Anwendungen als Medizinprodukte, wie lasttragende Herniennetze oder Sehnenbänder, sowie Zellträger für die regenerative Medizin aus CS-Filamentgarnen möglich werden. Aufgrund der beabsichtigten Nutzung von CS mit Lebensmittelqualität und der engen Zusammenarbeit mit einem kompetenten Projektbegleitenden Ausschuss soll die textile Verarbeitbarkeit der neuen CS-Garne in den Bereichen Weben, Wirken, Flechten erprobt und bewertet werden, sodass ein Zugang für KMU in neue, breite Marktbereiche mit kürzeren Produkteinführungszeiten, wie für dermatologische oder für kosmetische Anwendungen (Wundverbände, Allergikertextilien), eröffnet wird.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung eines umweltfreundlichen Lösemittelnassspinnprozesses zur Herstellung von Chitosanmultifilamentgarnen mit hohem Leistungs- und Funktionsvermögen.

Im Ergebnis steht eine flexible, industrietaugliche Technologie zur Herstellung von Garnmaterialien aus reinem Chitosan (CHS) mit gezielter Einstellbarkeit von Festigkeit aus sowohl kostengünstigem CHS mit niedrigen Deacetylierungsgraden (< 90 %) als auch hochreinem CHS in medizinischen Qualitäten und damit zahlreicher neuer Produkte auf Basis von CHS mit skalierbaren anwendungsspezifischen Eigenschaften in verschiedenen Preisbereichen (hochpreisige Medizinprodukte, innovative textile Produkte etc.). Das Projekt leistet einen wesentlichen Beitrag für den wettbewerblichen Vorsprung deutscher Unternehmen mit der Entwicklung eines auf ionischen Flüssigkeiten (IL) basierten Spinnverfahrens zur Garnherstellung aus einem nachhaltigen Biopolymer CHS. Deutliches Entwicklungspotenzial liegt noch in der Nutzung der Recyclingfähigkeit der IL und Ausbau eines Kreislaufprozesses, bei dem die für die Erspinnung genutzte IL aus dem Prozesswasser zurückgewonnen und dem Herstellungsprozess erneut zugeführt wird.

Darüber hinaus ermöglichen die im Vergleich zu konventionellen Lösungsmitteln, wie Essigsäure, deutlich verbesserten mechanischen und textil-physikalischen Eigenschaften des Chitosanmultifilamentgarns aus IL die Verarbeitung zu gewünschten Endprodukten in klassischen Textilverfahren, wie Weben, Stricken oder Flechten, auf den in den KMU der Textilindustrie bereits verfügbaren Textilmaschinen. Somit sind die erarbeiteten Projektergebnisse zeitnah in die industrielle Praxis übertragbar. Die Praxistauglichkeit des mittels der entwickelten Technologie hergestellten Garns wurde anhand der textilen Demonstratoren erfolgreich demonstriert. Zusätzlich dazu wurde ein KMU-gerechter Leitfaden zur zeitnahen Umsetzung der Ergebnisse im Unternehmen angefertigt.