Zellulose-Stapelfasergarne aus dem HighPerCell®-Verfahren

Mit der Herstellung von Stapelfasergarnen aus Zellulose gehen die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) einen neuen Weg. Auf Grundlage des an den DITF patentierten HighPerCell®-Verfahrens entstehen aus Zellulose-Endlosfilamenten hochwertige Textilgarne für den Bekleidungssektor. Ein geschlossener Recyclingkreislauf und eine gute CO₂-Bilanz in der Herstellung bieten der Bekleidungsindustrie und dem Konsumenten ein besonders nachhaltiges Produkt.

Das unter dem Namen „InnoCell“ angelaufene Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird die marktfähige Entwicklung von Zellulosegarnen für die Bekleidungsbereich vorantreiben. In dem an den DITF entwickelten HighPerCell®-Verfahren werden die Zellulosefasern als Endlosfilamente in einem geschlossenem Stoffkreislauf erzeugt. Es hat gegenüber etablierten industriellen Verfahren wie dem Viskoseprozess oder dem Lyocellverfahren bedeutende Vorteile: Der Viskoseprozess benötigt eine umfängliche chemische Prozessführung, in der Abfallstoffe in größeren Mengen anfallen. Das ist bei dem Lyocell- und dem HighPerCell®-Verfahren nicht der Fall, da beide eine geschlossene Prozessführung mit vollständigem Recycling des Lösemittels ermöglichen. Dadurch werden umwelt- und gesundheitsgefährdenden Abfallprodukte vermieden. Das HighPerCell®-Verfahren arbeitet mit ionischen Flüssigkeiten als Lösemittel und ist gegenüber dem Lyocellverfahren einfacher und ungefährlicher in der Prozesssteuerung. Außerdem neigen die im HighPerCell®-Verfahren gewonnen Zellulosefasern weniger zu Fibrillierung und Knötchenbildung und bieten damit Vorteile für die Verwendung im Bekleidungssektor.

Mit der Herstellung von Stapelfasergarnen aus den im HighPerCell®-Verfahren gewonnenen Zellulose-Multifilamenten werden erstmals für diesen Fasertyp ganz neue Anwendungen und damit auch Märkte erschlossen. Stapelfasern bestehen aus Kurzfasern, die zu einem kontinuierlichen Garn zusammengesponnen werden müssen. Der Prozess der Garnherstellung aus Stapelfasern ist technisch anspruchsvoll: Er muss genau auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Fasertyps abgestimmt werden, damit ein stabiles und technisch gut zu verarbeitendes Garn entstehen kann. Dieser Schritt wird durch den Projektpartner, die Firma Gebr. Otto Baumwollfeinzwirnerei GmbH & Co. KG (Otto Garne) durchgeführt. Dafür wird erst ein Kardenband hergestellt, dessen Qualität für die reibungslose Garnausspinnung verantwortlich ist. Der Spinnprozess soll möglichst hohe Garnqualitäten ermöglichen und bildet die Grundlage für die Skalierung in die industrielle Herstellung. Otto Garne nimmt sich ebenfalls der Garnfärbung an und wird eine geeignete Methodik entwickeln, um hohe Farbtiefen und Farbechtheiten zu erreichen.

Die so erzeugten Zellulose-Stapelfasergarne haben völlig andere Strukturmerkmale als die zugrunde liegenden Endlosfilamente. Stapelfasergarne besitzen eine flockige und matte Oberfläche. Sie sind dadurch weicher und atmungsaktiver und eignen sich hervorragend für viele Arten von hautnahen Bekleidungsstoffen.

Die Wahl des Rohstoffs für die Faserherstellung ist ein wichtiger Aspekt in dem Entwicklungsprojekt. In den bisher hergestellten Labormustern sind Chemiezellstoffe verwendet worden, die eine hohe Reinheit mitbringen. Diese Ausgangsmaterialien sind leicht zu verarbeiten, aber chemisch hoch behandelt und damit nicht umweltverträglich. Für das Upscaling zum industriellen Einsatz wird man als Rohstoff heimische Pflanzen nutzen, die hinreichend verfügbar sind. Der Prozess wird dadurch nachhaltig, da CO₂-reduzierend, sowie wirtschaftlich. Im Mittelpunkt steht die Nutzung von regionalem Buchenholz, das in großen Mengen für die Bewirtschaftung zugänglich ist. Aber auch heimische Einjahrespflanzen wie Hanf und Flachs sollen auf ihre Eignung als Ausgangsmaterial untersucht werden. Das HighPerCell®-Verfahren hat sich bereits als sehr flexibel gegenüber verschiedenen Rohstoffquellen erwiesen. Es wird erwartet, dass sich der Faserherstellungprozess jeweils optimal an die jeweiligen Rohstoffe anpassen lässt.

Für die Hersteller von Bekleidungstextilien ist die Rohstoffquelle ein wichtiger Aspekt für die Vermarktung der Produkte. In Ergänzung zur Faserherstellung in einem vollständig geschlossenen Recyclingkreislauf ermöglicht die Verwendung regionaler, nachhaltiger Rohstoffe eine Produktplatzierung, die mit hoher Umweltverträglichkeit beworben werden kann.

Die von der Firma Otto Garne gesponnenen und gefärbten Stapelfasergarne gehen zur Weiterverarbeitung zurück an die DITF. Denn hier wird im Rahmen des Projektes ein erster Prototyp gefertigt: Ein T-Shirt mit hohem Tragekomfort und einer ausgezeichneten Ökobilanz.