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Aug 28, 2023

Forscher entwickeln eine Beschichtung, die verhindert, dass synthetische Stoffe beim Waschen schädliches Mikroplastik abgeben

Veröffentlicht: 30. Januar 2023 Von

Veröffentlicht: 30. Januar 2023

Von Safa Jinje

Ein Forscherteam der University of Toronto hat eine Lösung entwickelt, um die Menge an Mikroplastikfasern zu reduzieren, die beim Waschen synthetischer Stoffe verloren gehen.

In einer Welt, die von Fast Fashion überschwemmt wird – einer Industrie, die billig hergestellte Kleidung in großen Mengen zu enormen Kosten für die Umwelt herstellt – bestehen mittlerweile mehr als zwei Drittel der Kleidung aus synthetischen Stoffen wie Nylon, Polyester, Acryl und Viskose .

Wenn Kleidung aus synthetischen Stoffen in die Waschmaschine kommt, entstehen durch die durch Reinigungszyklen verursachte Reibung winzige Risse, die dazu führen, dass Mikroplastikfasern – mit einer Länge von weniger als 500 Mikrometern – abbrechen und durch die Abflüsse der Wäsche in die Wasserwege gelangen, wo die Partikel können schwer zu entfernen sein und es kann Jahrzehnte oder länger dauern, bis sie vollständig abgebaut sind.

Aber Forscher von der U of T sagen, dass die schlüpfrige Lösung für dieses Problem bereits in Ihrem Schrank liegen könnte: eine organische Polymerbeschichtung auf Siliziumbasis, die in vielen Haushaltsprodukten zu finden ist.

Kevin Golovin, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen an der Fakultät für Angewandte Wissenschaft und Ingenieurwesen, und sein Team haben eine zweischichtige Beschichtung aus Polydimethylsiloxan (PDMS)-Bürsten entwickelt, bei denen es sich um lineare, einzelne Polymerketten handelt, die aus einem Substrat gewachsen sind, um eine zu bilden nanoskalige Oberflächenschicht.

Experimente des Teams zeigten, dass diese Beschichtung den Mikrofaserverlust von Nylonkleidung nach wiederholtem Waschen erheblich reduzieren kann, so die in Nature Sustainability veröffentlichten Ergebnisse.

„Mein Labor arbeitet seit einigen Jahren mit dieser Beschichtung auf anderen Oberflächen, darunter Glas und Metalle“, sagt Golovin. „Eine der Eigenschaften, die wir beobachtet haben, ist, dass es ziemlich rutschig ist, also eine sehr geringe Reibung aufweist.“

PDMS wird in Shampoos verwendet, um das Haar glänzend und geschmeidig zu machen, und wird auch als Lebensmittelzusatzstoff in Ölen verwendet, um zu verhindern, dass Flüssigkeiten in Flaschen schäumen.

Sudip Kumar Borni, ein Postdoktorand in Golovins Labor und Hauptautor der Studie, kam zu dem Schluss, dass die Reduzierung der Reibung, die während der Waschzyklen auftritt, mit einer Stoffausrüstung auf PDMS-Basis verhindern könnte, dass Fasern beim Waschen aneinander reiben und abbrechen.

Eine der größten Herausforderungen für die Forscher während ihrer Studie bestand darin, sicherzustellen, dass die PDMS-Bürsten auf dem Stoff bleiben. Lahiri, von Beruf Textilingenieur, entwickelte auf der Grundlage seines Verständnisses von Textilfarben einen molekularen Primer.

Lahiri ging davon aus, dass die Art der Bindung, die dafür sorgt, dass gefärbte Kleidung nach mehrmaligem Waschen ihre Farbe behält, auch für die PDMS-Beschichtung funktionieren würde.

Weder der Primer noch die PDMS-Bürsten arbeiten separat, um das Ablösen von Mikroplastikfasern zu verringern. Doch gemeinsam schufen sie ein starkes Finish, das die Freisetzung von Mikrofasern nach neun Wäschen um mehr als 90 Prozent reduzierte.

„PDMS-Bürsten sind umweltfreundlich, weil sie nicht wie viele heute verwendete Polymere aus Erdöl gewonnen werden“, sagt Golovin, der für diese Arbeit mit dem Connaught New Researcher Award ausgezeichnet wurde.

„Durch die Zugabe von Sudips Primer ist unsere Beschichtung robust genug, um auf dem Kleidungsstück zu bleiben und das Ablösen von Mikrofasern im Laufe der Zeit weiter zu reduzieren.“

Mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommene Bilder von unbeschichteten (oben links, rechts) und beschichteten (unten links, rechts) Nylongeweben nach neun Waschzyklen (Bild mit freundlicher Genehmigung von Sudip Lahiri)

Da PDMS von Natur aus ein wasserabweisendes Material ist, arbeiten die Forscher derzeit daran, die Beschichtung hydrophil zu machen, damit beschichtete Stoffe den Schweiß besser ableiten können. Das Team hat die Forschung auch ausgeweitet, um über Nylongewebe hinauszugehen, einschließlich Mischungen aus Polyester und synthetischen Stoffen.

„Viele Textilien bestehen aus mehreren Faserarten“, sagt Golovin. „Wir arbeiten daran, die richtige Polymerarchitektur zu formulieren, damit unsere Beschichtung dauerhaft an all diesen Fasern gleichzeitig haften kann.“

Regierungen auf der ganzen Welt haben nach Möglichkeiten gesucht, die beim Waschen synthetischer Stoffe entstehenden Rückstände zu minimieren, da sie sich in Ozeanen, Seen und Flüssen ansammeln, das Meeresleben gefährden und über ihre Anwesenheit in Nahrungsmitteln und Leitungswasser in die menschliche Nahrungskette gelangen können. Ein Beispiel sind Waschmaschinenfilter, die sich als führende Lösung erwiesen haben, um zu verhindern, dass Mikroplastikfasern in Gewässer gelangen. In Ontario haben Abgeordnete einen Gesetzentwurf eingebracht, der Filter in neuen Waschmaschinen in der Provinz vorschreiben würde.

„Und doch, wenn wir uns ansehen, was Regierungen auf der ganzen Welt tun, gibt es keinen Trend, die Entstehung von Mikroplastikfasern überhaupt zu verhindern“, sagt Golovin.

„Unsere Forschung geht in eine andere Richtung, indem wir das Problem tatsächlich lösen, anstatt ein Pflaster auf das Problem zu legen.“