Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Herstellung von Cellulose/Chitin-Fasern für die Verarbeitung zu Spezialvliesstoffen und Textilien

Chitin gehört nach Cellulose zu dem zweithäufigsten, natürlich vorkommenden Biopolymer und kann derzeitig aufgrund seiner schlechten Verarbeitbarkeit nur eingeschränkt und nicht in vollem Umfang genutzt werden. Aufbauend auf den Ergebnissen des aktuellen AiF Projekts 17628N sollen im geplanten Forschungsvorhaben neue, kompakte sowie mikroporöse, hochsaugfähige Regeneratfasern auf Basis von Cellulose/Chitin entwickelt und bezüglich ihrer Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten charakterisiert werden. Die Herstellung der modifizierten Regeneratfasern soll mithilfe eines Direktlöseverfahrens in ionischen Flüssigkeiten erfolgen, was erstmals eine gemeinsame Verarbeitung von Cellulose und Chitin zu textilen Produkten auf schonende und umweltfreundliche Weise erlaubt. In einem ersten kontinuierlichen Nassspinnprozess konnte bereits eine Cellulose/Chitin-Mischfaser hergestellt werden. Dies bietet eine sehr gute Ausgangsposition für weitere Studien. Die Entwicklung von funktionalisierten Fasern ist ein wichtiges Thema in der Textilveredlung und es besteht großes Interesse an Fasern aus nachwachsenden, biologisch abbaubaren Rohstoffen, die spezielle chemische und textilphysikalische Eigenschaften aufweisen. Die neuen Cellulose/Chitin-Fasern sollen die Basis für die Entwicklung von neuen Vliesstofftypen darstellen, die innovative Anwendungen im Medizin-, Hygiene- und technischem Sektor ermöglichen. Das höchste Potential liegt im medizinischen Bereich aufgrund der antimikrobiellen Wirkung und hervorragenden Biokompatibilität von Chitin. Produkte zur Beschleunigung der Wundheilung wie Pflaster, Wundauflagen oder Mullbinden sind denkbar. Weitere vielversprechende Einsatzmöglichkeit ist der Bereich der papierbasierten Materialien zur Einstellung der physikalischen Eigenschaften wie Reißfestigkeit, Durchreißwiderstand sowie Biegesteifigkeit. Filtermaterialien zur Aufreinigung industrieller Abwässer stellen einen aussichtsvollen Ansatz dar.

Ergebniszusammenfassung:

Cellulose und Chitin stellen mit einer jährlichen Produktion von ca. 750 Milliarden Tonnen die beiden am häufigsten natürlich vorkommenden Biopolymere dar. Ionische Flüssigkeiten (IL) konnten in der Vergangenheit gute Löslichkeitseigenschaften für Biopolymer wie Cellulose, Chitin und Keratin erzielen.

Die Ergebnisse des vorangegangen AIF Projektes sowie die Erfahrung aus F&E Arbeiten bezüglich der IL Spinntechnologie wurden im diesem Projekt genutzt um Spinnlösungen und Spinnverfahren zu erarbeiten, die ein gemeinsames und homogenes Verarbeiten von Chitin und Cellulose zu Fasern ermöglichen. Cellulose und Chitin konnten so mit Hilfe eines rezyklierbaren, nicht toxischen Lösungsmittel zu Endlosfilamenten und Stapelfasern verarbeitet werden. Cellulose/Chitin-Blendfasern wurden in einem kontinuierlichen Nasspinn- sowie Trocken-Nasspinnprozess hergestellt, wobei der Chitinanteil bis zu 50% betrug. Die neuartige Cellulose/Chitin-Mischfaser sind für textile Anwendungen geeignet. Die Fasern sind biologisch abbaubar und zeigen ein um 20 - 60% erhöhtes Wasserrückhaltevermögen im Vergleich zu den reinen Celluloseregeratfasern. Daraus hergestellte Stapelfasern wurden für die Herstellung von Vliesen und Papieren genutzt. Denkbar sind beispielsweise Wundauflagen, die den Wundheilungsprozess beschleunigen. Zudem besitzen die Vliese sehr große Luftdurchlässigkeit, die den Heilungsprozess positiv unterstützen und gleichzeitig sehr vielversprechend für den Einsatz in der Filtration sind. Von den neuen Produktionsverfahren profitiert auch die Umwelt: Die Herstellung der Fasern erfolgt in einem umweltfreundlichen Prozess, keine Additive werden benötigt und keine Schadstoffe freigesetzt. Das Lösemittel wird zudem nahezu vollständig zurückgewonnen. Das Projekt lieferte zusätzlich wichtige Erkenntnisse zum Verarbeiten von Blendsystemen aus Biopolymeren mit der IL-Technologie.