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 Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Heinz Maier-Leibnitz-Preise 2017: DFG und BMBF zeichnen vier Forscherinnen und sechs Forscher aus

23.02.2017 | Förderungen Preise

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor

23.02.2017 | Physik Astronomie