Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Garn aus Schlachtabfall

29.07.2015

ETH-Forscher haben aus herkömmlicher Gelatine ein Garn entwickelt, das ähnlich gute Eigenschaften hat wie Merinowollfasern. Nun arbeiten sie daran, dieses Garn noch wasserfester zu machen.

Rund 70 Millionen Tonnen Fasern werden heute jährlich rund um den Globus gehandelt. Fast zwei Drittel davon entfallen auf Kunstfasern auf Erdölbasis. Die häufigsten verwendeten Naturfasern sind Wolle und Baumwolle, doch haben sie gegenüber synthetischen Fasern an Boden verloren.


Wasserfeste Gelatine: Härtetest für den Handschuh aus ungewöhnlicher "Wolle".

Philipp Stössel / ETH Zürich


Zu Garn versponnen und auf Kartonspulen aufgewickelt erinnert kaum mehr etwas an die Gelatine, aus dem die Wolle besteht.

Philipp Stössel / ETH Zürich

Ein umweltgerechtes Nischenprodukt sind Fasern aus Biopolymeren pflanzlichen oder tierischen Ursprungs. Schon Ende des 19. Jahrhunderts gab es Versuche, Proteine zu Textilien zu veredeln. So wurde 1894 bereits ein Patent für Textilien aus Gelatine eingereicht. Doch nach dem Zweiten Weltkrieg verdrängten die aufkommenden Kunstfasern die biologischen Proteinfasern rasch und gründlich vom Markt.

In den vergangenen Jahren ist jedoch der Ruf nach natürlichen Fasern aus umweltfreundlicher Produktion und erneuerbaren Ressourcen lauter geworden. Gerade die Wollfaser feierte in funktionalen Sportkleidern aus Merinowolle eine Wiederauferstehung. Und in Deutschland hat eine Jungunternehmerin vor ein paar Jahren damit begonnen, aus dem Milchprotein Kasein hochwertige Textilien zu produzieren.

Neuer Verwendungszweck für Abfallprodukt

Nun präsentiert Philipp Stössel, Doktorand in der Gruppe für funktionelle Materialien (FML) von ETH-Professor Wendelin Stark, in Zusammenarbeit mit dem Advanced Fibers Laboratory der Empa St. Gallen ein neues Verfahren, mit dem aus Gelatine hochwertige Fasern gewonnen werden können. Die Fasern konnte er zu einem Garn verspinnen, aus dem sich Textilien herstellen lassen.

Gelatine besteht im Wesentlichen aus Kollagen, das ein Hauptbestandteil von Haut, Knochen oder Sehnen ist und in Schlachthäusern in grossen Mengen als Abfall anfällt. Daraus lässt sich einfach Gelatine herstellen. Für Stark und Stössel war es deshalb naheliegend, dieses Biomaterial für ihre Versuche zu verwenden.

Zufall verhalf zu einer Lösung

Beim Experimentieren bemerkte Stössel, dass sich das Protein bei der Zugabe eines organischen Lösungsmittels (Isopropanol) zu einer erhitzten, wässrigen Gelatinelösung am Boden des Gefässes absetzte. Die formlose Masse sog er mit einer Pipette auf und konnte ohne Kraftaufwand einen dehnbaren, endlosen Faden aus ihr herausdrücken. Dies war der Startpunkt für seine ungewöhnliche Forschungsarbeit.

Im Lauf seiner Dissertation entwickelte und verfeinerte der Wissenschaftler schliesslich das Verfahren, das soeben in einer Publikation in der Fachzeitschrift «Biomacromolecules» vorgestellt wurde.

Anstelle der Pipette benutzte er mehrere parallel angeordnete Spritzenpumpen. Durch gleichmässigen Druck trieben die Spritzen feine Endlos-Fäden aus, die über zwei teflonbeschichtete Rollen geführt wurden. Die Rollen wurden konstant in einem Ethanolbad benetzt; dadurch konnten die Filamente nicht verkleben und härteten rasch aus, ehe sie auf einem Förderband aufgerollt wurden. Mit der von ihm entwickelten Spinnanlage konnte der 28-jährige 200 Meter Fasern pro Minute herstellen. Rund 1000 Einzelfasern verzwirnte er danach mittels einer Handspindel zu einem Garn. Als Anschauungsobjekt liess der Forscher daraus einen Handschuh stricken.

Garn glänzt seiden

Die einzelnen Filamente sind äusserst fein und haben einen Durchmesser von nur 25 Mikrometer. Ein menschliches Haar ist rund doppelt so dick. Bei seinen ersten Labor-Spinnanlagen lag die Faserdicke bei 100 Mikrometer, erinnert sich Stössel. Das sei für die Garnproduktion zu dick gewesen.

Die Oberfläche der Fasern ist glatt, während natürliche Wollfasern kleine Schüppchen aufweisen. «Die Gelatinefasern haben deshalb einen schönen Glanz», sagt Stössel. Des Weitern ist das Innere der Fasern durchzogen von Hohlräumen, wie Elektronenmikroskop-Bilder der Forschenden aufzeigen. Daher rührt womöglich auch der gute Isolationseffekt des Gelatinegarns, den Stössel beim Vergleich mit einem Handschuh aus Merinowolle messen konnte.

Wasserfeste Fasern

Grundsätzlicher Nachteil der Gelatine aber ist, dass sie wasserlöslich ist. Durch verschiedene chemische Verarbeitungsstufen musste Stössel die Wasserfestigkeit des Garns stark verbessern. So behandelte er den Handschuh zuerst mit einem Epoxid, um die Gelatine-Bestandteile stärker miteinander zu verknüpfen. Weiter behandelte der Forscher das Material mit Formaldehyd, um es noch besser auszuhärten. Um das Garn geschmeidig zu machen, imprägnierte er es zuletzt mit Lanolin, einem natürlichen Wollfett.

In den kommenden Monaten bis zum Ende seiner Doktorarbeit wird Philipp Stössel daran forschen, wie die Gelatinefasern noch wasserfester gemacht werden können. Denn diesbezüglich ist Schafwolle dem Gelatinegarn überlegen. Der Lebensmittelwissenschaftler ist aber überzeugt, dass er dem definitiven Ziel – der Produktion einer Biopolymer-Faser aus einem Abfallprodukt – sehr nahe ist.

Vor zwei Jahren haben die Forscher ihre Erfindung zum Patent angemeldet, die Anmeldung befindet sich derzeit in der internationalen Phase. Nun sei man am Punkt angelangt, wo man die Kapazitätsgrenze im Labor erreicht habe, eine grosstechnische Produktion allerdings nur dann möglich sei, wenn Partner und Geld dafür gefunden würden, so der Doktorand.

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2015/07/garn-aus-g...

Peter Rüegg | ETH Zürich

Weitere Berichte zu: ETH Filamente Garn Gelatine Haar Handschuh Mikrometer Pipette Produktion Textilien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen
20.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Der gestapelte Farbsensor
17.11.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie