Von Naturstoffen lernen für die Textilveredelung

Integrierter Umweltschutz
in der nachhaltigen Chemie
von
Naturstoffen
lernen
für die Textilveredelung
Biologisch abbaubare
Textilhilfsmittel
Einige Prozeßchemikalien für die qualitativ
hochwertige Färbung von Textilien sind biologisch bislang schwer abbaubar. Auf Basis
von Analogien zu Naturstoffen ist nun die
Synthese von alternativen, in kommunalen
Kläranlagen biologisch abbaubaren Textilhilfsmitteln gelungen. Diese neuen Prozeßchemikalien könnten weltweit bis zu 50 %
der abwasserrelevanten Textilhilfsmittel
ersetzen und so die Belastung der Gewässer
und damit der Umwelt deutlich reduzieren.
Die in diesem Vorhaben untersuchten Textilhilfsmittel sind Prozeßchemikalien, die im Gegensatz zu den Ausrüstungsmitteln nach dem Prozeß
nicht im Produkt verbleiben. Ihre Aufgabe besteht darin, den Prozeß der
Färbung in der wäßrigen Flotte zu ermöglichen. Prozeßchemikalien verbleiben in der Flotte und werden mit dem Abwasser ausgetragen. Die am
Markt befindlichen Dispergier- und Egalisierhilfsmittel sowie die Sequestriermittel sind in Kläranlagen biologisch schwer abbaubar und gelangen so in die Umwelt.
Das Ziel dieses vom BMBF im Rahmen des Programmes „Forschung
für die Umwelt“ geförderten Forschungsvorhabens besteht darin, biologisch abbaubare chemische Strukturen zu entwickeln, die als Textilhilfsmittel im Färbeprozeß eingesetzt werden können. Im Sinne einer nachhaltigen
Chemie soll die Forschung biologisch abbaubare chemische Verbindungen identifizieren und entwickeln, die im aeroben Bereich der Kläranlagen abgebaut und somit vollständig mineralisiert werden können.
Die Resultate sind nicht nur für den deutschen Markt gedacht. Vielmehr soll die Nachfrage nach umweltverträglichen, biologisch abbaubaren chemischen Produkten auf den internationalen Märkten bedient
werden. Selbstverständlich behält das Forschungsvorhaben die Qualitätsstandards der derzeit eingesetzten Textilhilfsmittel bei und berücksich-
tigt die technische Eignung dieser Mittel für den Färbeprozeß.
Dispergierhilfsmittel haben die Funktion, die Dispergierbarkeit von im
Färbemedium schwerlöslichen Farbstoffen zu verbessern. Sie verfügen
sowohl über lipophile als auch über hydrophile funktionelle Gruppen, die
es ihnen ermöglichen, schwer wasserlösliche Stoffe im wässrigen Medium fein zu verteilen. Stand der Technik sind beispielsweise Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Kondensate. Nach einer Schätzung der Fraunhofer Gesellschaft aus dem Jahre 1993 werden in Deutschland jährlich
rund 11.000 Tonnen Dispergiermittel im Bereich Textil eingesetzt.
Egalisierhilfsmittel haben die Funktion der Sicherstellung einer gleichmäßigen Färbung der Fasern. Sie bilden eine dünne Schicht auf den
Fasern, die vom Färbemittel sukzessive und gleichmäßig verdrängt wird.
Dazu werden üblicherweise aliphatische Aminverbindungen verwendet.
In Deutschland werden jährlich rund 3.000 Tonnen Egalisiermittel verbraucht.
Sequestriermittel schließlich binden und inaktivieren durch Komplexierung Metalle, die durch den Maschinenabrieb ins Färbebad gelangen.
Nicht komplexgebundene Metalle stören den Färbeprozeß und müssen
eliminiert werden. Polymere Chemikalien (Carboxylate) und Phosphonsäuren sind für diesen Einsatzbereich typische Verbindungen. Jährlich
Schwer abbaubare Textilhilfsmittel belasten weltweit die
Gewässer und stellen ein Umweltrisiko dar. Das interdisziplinär angelegte Vorhaben der industriellen Grundlagenforschung bedient sich natürlicher, in der Regel biologisch
abbaubarer chemischer Strukturen. Mit diesen Naturstoffanalogien werden Prozeßchemikalien synthetisiert, die in
der Textilvorbehandlung und Textilfärbung als biologisch
abbaubare Textilhilfsmittel eingesetzt werden sollen.
Die biologische Abbaubarkeit in kommunalen Kläranlagen
entlastet die Gewässer deutlich. „Benign by design“ beugt
dem Umweltrisiko durch die bis heute eingesetzten schwer
abbaubaren Textilhilfsmittel vor.
kommen in Deutschland rund 2.000 Tonnen Sequestriermittel zum Einsatz.
Der CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) von Abwässern setzt sich aus
biologisch kurzfristig abbaubaren Anteilen, dem BSB (Biologischer Sauerstoffbedarf), und biologisch nicht oder nur sehr langsam abbaubaren
Anteilen zusammen. Letztere werden in herkömmlichen kommunalen
Kläranlagen unvollständig oder nicht abgebaut und belasten somit die
Gewässer. In dem Forschungsvorhaben sollen Wege gefunden werden,
den Anteil der biologisch leicht abbaubaren Inhaltsstoffe am CSB zu
erhöhen, um so die Abwässer aus der Textilindustrie ohne zusätzlichen
apparativen Aufwand in kommunalen Kläranlagen reinigen zu können.
ders geeignet scheinen hier zum Beispiel die in der Natur ubiquitär vorkommenden hydrolysierbaren Amid- und Esterbindungen zu sein, die
sowohl bei den natürlichen als auch synthetisch hergestellten Verbindungen durch Exoenzyme der Mikroorganismen gespalten werden können.
Mit den ermittelten analogen chemischen Bausteinen wurden seit
1996 bei der Bayer AG rund 1500 chemische Synthesen durchgeführt.
Durch die relativ hohe Anzahl synthetisierter chemischer Strukturen hat
sich die Syntheseforschung nicht zu früh auf nur wenige Möglichkeiten
zur Entwicklung technisch geeigneter biologisch abbaubarer Textilhilfsmittel festgelegt. Rund 100 von den über 1000 synthetisierten Verbindungen sind inzwischen an der Universität Stuttgart verschiedenen biologischen Abbautests nach den anerkannten DIN- und OECD-Richtlinien
unterzogen worden. In einem weiteren Schritt testet das Deutsche Institut für Textil- und Faserforschung die technische Anwendbarkeit der
synthetisch hergestellten biologisch abbaubaren Verbindungen in Färbeprozessen. Schließlich soll am Ende des Forschungsvorhabens die Praxistauglichkeit mit einigen wenigen synthetisierten Verbindungen in drei
Unternehmen der Textilveredelung ermittelt werden (Augsburger Kammgarnspinnerei, Carl Meiser-Albstadt, Schoeller Eitorf AG). Verlaufen diese
Tests erfolgreich, können künftig mit den biologisch abbaubaren Textil-
Der Einsatz dieser naturstoffähnlichen Textilhilfsmittel
ist keineswegs auf Deutschland beschränkt, sondern
kann weltweit, auch in Entwicklungsländern, zur nachhaltigen Gewässerentlastung beitragen.
Interessant erscheint der Forschungsansatz in mehrfacher Hinsicht:
Synthetisierte naturanaloge Stoffe, so die These, werden ebenso wie
Naturstoffe biologisch abgebaut. Es werden somit analoge chemische
Strukturen identifiziert, die auch in natürlichen Stoffen vorkommen. Aus
diesen werden Verbindungen synthetisiert, die dann auf ihre Abbaubarkeit hin getestet werden.
Hierzu wurden vom Institut für Mikrobiologie der Universität Stuttgart in einem ersten Schritt Naturstoffdatenbanken analysiert, um natürliche Verbindungen mit ähnlichen funktionellen Gruppen, wie sie in den
gegenwärtig eingesetzten Textilhilfsmitteln vorliegen, zu ermitteln. Bei
höhermolekularen Verbindungen sollten möglichst hydrolysierbare Bindungen, sogenannte biologische Sollbruchstellen, vorhanden sein. Beson-
hilfsmitteln international neue und umweltschonende Standards in der
Textilveredelung gesetzt werden.
Das Forschungsprojekt führt Expertenwissen aus den Disziplinen
Mikrobiologie, Chemie und Anwendungstechnik zusammen. Die Komplexität des Vorhabens erfordert diesen interdisziplinären Austausch zur
Erforschung integrierter Umweltschutzlösungen; eine Zusammenarbeit,
die die Beteiligten aus Industrie und Forschungseinrichtungen positiv
bewerten.
Bayer AG
Geschäftsbereich Spezialprodukte, FuE
51368 Leverkusen
Dr. H. M. Meier
Telefon +49 (0) 214 / 302 23 44
Telefax +49 (0) 214 / 305 59 72
E-Mail [email protected]
Internet www.bayer.de
Institut für Textilchemie der deutschen
Forschungsinstitute (DITF)
Körschtalstraße 26
73770 Denkendorf
Prof. Dr. W. Oppermann
Telefon +49 (0) 711 / 934 01 00
Telefax +49 (0) 711 / 934 01 85
E-Mail
[email protected]
Herausgeber
Bundesministerium für
Bildung und Forschung
Referat 423 – integrierter Umweltschutz
in der Wirtschaft; Umwelttechnik
Heinemannstraße 2 · 53175 Bonn
Telefon +49 (0) 228 / 57 34 81
www.bmbf.de
Institut für Mikrobiologie
Universität Stuttgart
Allmandring 31
70569 Stuttgart
Prof. Dr. H.-J.- Knackmuss
Telefon +49 (0) 711 / 685 54 87
Telefax +49 (0) 711 / 685 57 25
E-Mail [email protected]
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt e. V.
Projektträger Umweltforschung und
-technik des BMBF
Südstraße 125 · 53175 Bonn
Telefon +49 (0) 228 / 382 12 01
email: [email protected]
www.dlr.de/PT
Bezug
BMBF - Referat Öffentlichkeitsarbeit
Telefax +49 (0) 228 / 57 39 17
email: [email protected]
www.bmbf.de
Redaktion
Prognos GmbH
Dovestraße 2 – 4 · 10587 Berlin
Gestaltung
Hayn/Willemeit Media GmbH
Mommsenstraße 47 · 10629 Berlin
Druck
Druckhaus Berlin-Mitte GmbH
Schützenstraße 18 · 10108 Berlin
Stand 4/99
gedruckt auf chlorfrei wiederaufbereitetem Papier
Fotos mit freundlicher Genehmigung der Unternehmen