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Aug 06, 2023

Diese neue Stoffbeschichtung könnte drastisch rot werden

Ingenieurforscher der University of Toronto arbeiten daran

Ingenieurforscher der University of Toronto arbeiten an einer Stoffveredelung, um zu verhindern, dass sich Mikroplastikfasern während des Wäschewaschgangs lösen

Fakultät für Angewandte Wissenschaft und Ingenieurwesen der University of Toronto

Bild: Bilder von unbeschichteten (oben links, rechts) und beschichteten (unten links, rechts) Nylon-6,6-Geweben nach neun Waschzyklen, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop.mehr sehen

Bildnachweis: Bild: Sudip Lahiri

Ein Team von Ingenieurforschern der University of Toronto unter der Leitung von Professor Kevin Golovin hat eine Lösung entwickelt, um die Menge an Mikroplastikfasern zu reduzieren, die beim Waschen von Kleidung aus synthetischen Stoffen 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.

Wenn Kleidung aus synthetischen Stoffen wie Nylon, Polyester, Acryl und Viskose in Waschmaschinen gewaschen wird, entstehen durch die durch die Reinigungszyklen verursachte Reibung winzige Risse im Stoff. Diese Risse führen wiederum dazu, dass Mikroplastikfasern mit einer Länge von weniger als 500 Mikrometern abbrechen und über die Abflüsse der Wäsche in die Wasserwege gelangen.

Sobald Mikroplastik in Ozeanen, Süßwasserseen und Flüssen landet, sind die Partikel schwer zu entfernen und es wird Jahrzehnte oder länger dauern, bis sie vollständig abgebaut sind. Die Ansammlung dieser Ablagerungen in Gewässern kann eine Bedrohung für das Leben im Meer darstellen. Durch sein Vorkommen in Nahrungsmitteln und Leitungswasser kann es auch Teil der menschlichen Nahrungskette werden, wobei die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit noch unklar sind.

Regierungen auf der ganzen Welt haben nach Möglichkeiten gesucht, die Umweltverschmutzung durch das Waschen synthetischer Stoffe zu minimieren. 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.“

Golovin 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 und eine nanoskalige Oberflächenschicht bilden.

Die vom Team durchgeführten Experimente zeigten, dass diese Beschichtung den Mikrofaserverlust von Nylonkleidung nach wiederholtem Waschen deutlich reduzieren kann. Die Forscher teilen ihre Ergebnisse in einem neuen Artikel, der in Nature Sustainability veröffentlicht wurde.

„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 ist ein organisches Polymer auf Siliziumbasis, das in vielen Haushaltsprodukten enthalten ist. Seine Anwesenheit in Shampoos macht das Haar glänzend und geschmeidig. Es wird auch als Lebensmittelzusatzstoff in Ölen verwendet, um zu verhindern, dass Flüssigkeiten beim Abfüllen schäumen.

Dr. Sudip Kumar Lahiri, ein Postdoktorand in Golovins Labor und Hauptautor der Studie, kam auf die Idee, dass die Reibung der Fasern aneinander verhindert werden könnte, wenn sie die Reibung, die während der Waschzyklen mit einer Stoffausrüstung auf PDMS-Basis entsteht, verringern könnten und beim Waschen 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 kam zu dem Schluss, dass die Art der Bindung, die dafür sorgt, dass gefärbte Kleidung nach mehrmaligem Waschen ihre Farbe behält, auch für die PDMS-Beschichtung funktionieren könnte.

Weder der Primer noch die PDMS-Bürsten arbeiten separat, um das Ablösen von Mikroplastikfasern zu verringern. Aber gemeinsam haben sie ein starkes Finish geschaffen, das die Freisetzung von Mikrofasern nach neun Wäschen um mehr als 90 % reduziert.

„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.“

Da PDMS von Natur aus ein hydrophobes (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.“

Nachhaltigkeit in der Natur

10.1038/s41893-022-01059-4

Mit Polydimethylsiloxan beschichtete Textilien mit minimierter Mikroplastikbelastung

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