Mikroplastik textilen Ursprungs Quellen und Lösungswege. Dipl.-Ing. Stefan Brandt Hochschule Niederrhein Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik

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1 Mikroplastik textilen Ursprungs Quellen und Lösungswege Dipl.-Ing. Stefan Brandt Hochschule Niederrhein Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik 1

2 Inhalt Einleitung Fachbereich für Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein Mikroplastik textilen Ursprungs Quellen von Mikroplastik Feststellen des Status Quo Lösungswege 2

3 Zahlen und Fakten Hochschule Niederrhein Insgesamt Studierende 2 Standorte Krefeld / Mönchengladbach 10 Fachbereiche 650 Mitarbeiter, 250 Professoren Fachbereich für Textil- und Bekleidungstechnik Gesamt (WS) Doktoranden 11 Männlich 17 % Weiblich 83 % Ausländeranteil 19 % Studienanfänger WS 2017/ (333 B) SS 2017 (nur MA) 46

4 Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik 33 Professoren, 4 Fachlehrer 25 Lehrbeauftragte 60 Mitarbeiter davon 26 Forschungsmitarbeiter 32 Labore und Technika

5 Überblick TextileMission 5

6 A - Quellen Quellen von Mikroplastik 6

7 Mikroplastik textilen Ursprungs Mikrofaser Mikrofaser < 1dpf 1 dpf: 1g Garn = m Lauflänge DyStar.com DyStar.com Funktionsbekleidung (Sport- und Regenkleidung) aus Polyester oder Polyamid hohe Wasserdampfdurchlässigkeit (innen außen) wasserabweisend (außen - innen) schnell trocknend winddicht Lederimitate (z.b. Alcantara ) für Oberbekleidung, Handschuhe oder Polsterstoffe Hochleistungsreinigungstücher Reduzierung oder Eliminierung von Reinigungschemikalien Datum Titel Name Sonstiges

8 Mikroplastik textilen Ursprungs 8

9 Weltfaserproduktion 2016: 95 Mio t Polyamid 5% Polyacrylntril 3% PLA 0% (0,15 Mio t) Polypropylen 6% Baumwolle 23% Wolle 1% cellulosische Chemiefasern 7% cirfs.org Polyester 55% 9

10 Prognose Weltfaserverbrauch bis 2030 textileworld.com 10

11 Mikroplastik textilen Ursprungs Polyesterfasern dominieren den Weltfasermarkt Outdoor-Kleidung mit hohen Zuwachsraten, insbesonders voluminöse Gestricke aus Polyester (Fleece ) häufig aus rpet (PET-Getränkeflaschen) biologisch schwer abbaubar Zusammenwirken verschiedener Faktoren in Warenherstellung entscheidenden Einfluss auf die Freisetzung von Mikroplastik: Stapelfaser, Filament oder Fleece Ausrüstung (Rauhen, Scheren) Partikelaustrag = Mikroplastik textilen Ursprungs -> ungeordnete Entsorgung 11

12 Entsorgungspyramide 12

13 A - Quellen Quellen von Mikroplastik 13

14 Herstellung PES Fleece = Plattierfaden (außen auf rechter und linker Warenseite), wird geraut 2 = Grundfaden (innen liegend), bleibt vom Rauprozess weitestgehend unbeschadet Bild: 1b Bild: 1c Bild 1b: Warenquerschnitt der Flächenkonstruktion Quelle: Bendt, 2017 Bild 1a: Warenquerschnitt einer doppelseitig gerauten Fleeceware Quelle: Bendt, 2017 Bild 1c: Draufsicht der Flächenkonstruktion Quelle: Weber, 2014 Bild 1d: Herstellung eines Plüschgestricks auf einer RL-Rundstrickmaschine - Plüschbildung durch Platinen Quelle: Weber, 2014 Bild: 1d 14

15 Rauhen mechanischer Vorgang ohne Verwendung von Chemikalien Fasern und Fadenschlingen werden durch Rauhwalzen, aus der Fläche herausgezogen, Fadenschlingen werden dabei teilweise zerrissen mehlhorn-kratzen.de van-clewe.de 15

16 Rauhen Ergebnis: weicher, voluminöser Griff hohes Wärmerückhaltevermögen optische Effekte Nachteile: Festigkeitsabbau des Flächengebildes, Gewichtsverlust 16

17 Eintrag des Faserabriebs in die Umwelt Faserabfall in der Industrie Absaugung Herauslösen von nicht abgesaugten Bestandteilen durch weitere Veredlungsprozesse und Gebrauch Eintrag in wässrige Systeme: Nassveredlung in der Produktion Wäsche im Haushalt 17

18 B Feststellen des Status Quo Übergang von Mikroplastik aus Textilien in das Wasser 18

19 Eintrag von Mikroplastik bei der Haushaltswäsche von synthetischen Textilien Quelle: Michael Stark, Man-made Fibres Congress, Dornbirn, September

20 Problemanalyse Waschversuche mit nachfolgender Filtrierung der Waschflotten Mengen Größenverteilung Partikelaustrag während der Nutzungsdauer des Textils Entwicklung Schnelltest zum Partikelaustrag bei der Wäsche (in Anlehnung an DIN EN ISO 105-C06) Erstellung Materialpässe der angelieferten Materialien konfektionierte Teile Rollenware Schnelltest mit Klebestreifen 20

21 Waschversuche Eigene Studie: - Frontlader - Simulation Haushaltswäsche in D - Flüssigwaschmittel - Trocknereinfluss Wäscheposten: - Fleece - Stapelfaser - Filament 21

22 Filtration der Waschflotten Filter aus Drahtgewebe 5-stufige Filterkaskade: 1,5 mm 0,5 mm 0,15 mm 50 µm 5 µm 1,5 kg PES (Fleece-Jacke schwarz) in der 2. Wäsche Programm: 40º C, 900 rpm. Waschmittel: 50 ml Laufzeit: 1h 59 min Gefilterte Flotte: ca. 48 l feinster Filter: 5 µ 22

23 C - Lösungswege GUPPYFRIEND-Waschbeutel Cora Ball Microfibre Catching Laundry Ball Entwicklung neuer Textilien 23

24 GUPPYFRIEND-Waschbeutel Polyamid (vollständig recyclebar) Mikroplastikfasern sollen im Beutel gefangen werden, Entsorgung über Hausmüll hält keine gelösten Substanzen, Nanopartikel oder Staubpartikel (< 50 μm) z.b. aus der Textilproduktion zurück Größe: 50 x 74 cm Kosten: 30 / Stück Quelle: 24

25 Waschleistung im GUPPYFRIEND Testladung: wfk Standard (wfk ) + PES Fleece-Jacke Beiladung Trommel: 15 T-Shirts Baumwolle, weiß Pflegeleicht-Programm: 40º C, 900 rpm. Waschmittel: 50 ml (Henkel) n = 3 90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Vergleich Waschleistung (Hellbezugswert Y) Talg/Pigment Ruß/Mineralöl Blut Schokolade/Milch Rotwein Standard Guppyfriend Waschtrommel 25

26 Waschleistung im GUPPYFRIEND Teststreifen in der Waschtrommel Teststreifen im GUPPYFRIEND Teststreifen gewaschen im GUPPYFRIEND: bei Pigmentschmutz niedrigere Waschleistung geringerer Schrumpf weniger mechanische Einwirkung 26

27 Cora Ball aus 100 % recyceltem und zu 100 % recyclebarem Kunststoff Korallen-ähnliche Oberfläche soll abgebrochene Mikroplastikfasern einsammeln, Entsorgung der Fasern über Hausmüll empfindliche Produkte oder Produkte mit Fransen können nicht mit dem Cora Ball gewaschen werden Kosten: 20 $ pro Stück Quelle: 27

28 Entwicklung neuartiger Textilien mit reduzierter Partikelemission Konstruktive und verfahrenstechnische Lösungen: Garnfeinheiten Garnkonstruktion Flächenkonstruktion - Bindungstechnik Flächenparameter: Flächengewicht, Volumen und Festigkeit mechanische Ausrüstung 28

29 Noten Konstruktive und verfahrenstechnische Lösungen Erste Materialauswahl auf Basis Ist-Vergleich verschiedener textiler Flächen Klebestreifentest Pillingtest Material I Material II Material III Material IV Anzahl Touren 29

30 Problemstellungen in der Materialentwicklung Bei konstruktiven und verfahrenstechnischen Lösungen: Deutschland: weißer Fleck bezüglich materialtypischen Produktionsmaschinen für PES-Fleece-Bekleidung Investition durch HN Inbetriebnahme: September 2018 Hersteller: Mayer & Cie. Variation der bindungstechnischen Flächenkonstruktion sowie der Flächenparameter (z.t. sehr komplex) keine Laborausrüstung zum Rauh- und Scherprozess verfügbar Ausrichtung auf industrielle Produktionsmengen und maße Alternativen? 30

31 Entwicklung neuartiger Textilien mit reduzierter Partikelemission Konstruktive und verfahrenstechnische Lösungen: Garnfeinheiten Garnkonstruktion Flächenkonstruktion - Bindungstechnik Flächenparameter: Flächengewicht, Volumen und Festigkeit mechanische Ausrüstung Einsatz biologisch abbaubarer Polymere für Funktionstextilien: - biologisch abbaubare Garne auf cellulosischer Basis - synthetische Biopolymere 31

32 Biologisch abbaubare Polymere 32

33 Biopolymere für textile Anwendungen 33

34 Problemstellungen in der Materialentwicklung Fadenbrüche beim verstricken von PLA aufgrund der spröden Materialeigenschaften in R/R- (linkes Foto) und R/L- Konstruktionen (rechtes Foto): Fotos.: Inken Post, Jan

35 Problemstellungen in der Materialentwicklung Beim Einsatz des synthetischen Biopolymers PLA: Einsparung Rohöl biologisch abbaubar unter industriellen Bedingungen Abbaubarkeit der Biopolymere (Süß- und Meerwasser) nur wenig untersucht temperaturempfindlich, auch in der Textilfertigung Technologische Eigenschaften: Pillneigung, schlechtere Lichtechtheit, nur ein Anbieter Basis: genmanipulierter Mais Kosten und Verfügbarkeit Massentauglichkeit? Alternative PHA - Polyhydroxyalkanoate? 35

36 PHA - Polyhydroxyalkanoate PHA = Polyester aus Carbonsäuren + OH-Gruppe(n) Bakterien, Pilze und einige Pflanzen: Anlage als Energiequelle in Mangelsituation industrielle Bedeutung: bakterielle Fermentation Rohstoff für Biokunststoffe biologisch abbaubar und biokompatibel, keine Immunreaktion beim Abbau durch körpereigene Enzyme (Einsatz in der Medizin) wichtigster Vertreter Polyhydroxybutyrat (PHB) aktuell Nischenprodukt Verarbeitbarkeit und Kosten biooekonomie-bw.de Entwicklungsbedarf für textile Anwendungen 36

37 Offene Fragen Funktion Performance biologische Abbaubarkeit Mengenwachstum Textil Weltbevölkerung - steigender Wohlstand - wachsende Ansprüche Cellulosische Fasern / Wolle Biopolymere Brückentechnologie PHA/PHB: technisch denkbare Lösung Aktuell: Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion Wertewandel 37

38 Biopolymere 38

39 Nicht EINE Lösung, sondern Kombination aus: Lösungswege Mikroplastik Vermeiden Vermindern Neuentwicklung Fläche / Veredelung alternative Polymere GUPPYFRIEND CoraBall. Lösungswege Kunststoffe Verwerten Vernichten Cradle to Cradle Thermische Verwertung

40 Impressum Prof. Dr.-Ing. habil. Maike Rabe Prof. Dipl. Des. Ellen Bendt Dr. Sabrina Kolbe Malin Obermann, B.Sc. Dipl.-Ing. Stefan Brandt Webschulstraße Mönchengladbach Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik FTB Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung 40

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