Rationell hergestellt und modern: Nachhaltiger, umweltschonender Baumwoll-Vlies

Mehr als 50 Prozent der Weltvliesstoffproduktion sind Polymere wie Polypropylen und Polyester. Solche PET- und PP-Fasern kommen ebenfalls in Krempel-Vliesen zum Einsatz. Hier sind es vor allem Wischtücher, aber auch Hygieneprodukte und industrielle Anwendungen wie Geo-, Automobil- und Filtertextilien, die in großem Maßstab genutzt werden.

In weniger als 20 Prozent dieser Vliesstoffe sind jedoch Naturfasern bzw. Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen wie Viskose der Rohstoff der Wahl. Und auch Baumwolle spielt außer in dem engen Bereich der Wattepads kaum eine Rolle. Die Verbraucher beunruhigt nicht erst seit Neustem die Vorstellung, dass gigantische Plastikinseln im Ausmaß von ganzen Ländern in den Weltmeeren schwimmen. Und die Vorstellung, dass Mikroplastik in vielen Lebensmitteln zu finden ist, ist für niemanden angenehm.

Auf den ersten Blick haben Reinigungstücher und Plastiktüten vielleicht wenig gemeinsam. Doch konventionelle, wasserstrahlverfestigte Einmaltücher beinhalten Polyester- oder Polypropylenfasern. In freier Natur an Land oder im Meer degradieren auch sie langsam in winzige Partikel, das berüchtigte Mikroplastik. Es ist Zeit für die Industrie über ökologische Alternativen nachzudenken, schreibt Bodo Heetderks von der Trützschler Nonwovens GmbH in der Fachzeitschrift „melliland Textilberichte“.

Die besondere Herausforderung bei der Verarbeitung von Naturfasern ist, dass Verbraucher Wischtücher lieben und immer höhere Ansprüche in Bezug auf natürliches Gefühlsempfinden, Weichheit und Hautverträglichkeit formulieren. Die Nachfrage nach „natürlicheren" Produkten steigt dabei zusehends.

Bis auf Länder in Südostasien spielt Baumwolle in wasserstrahlverfestigten Vliesstoffen allerdings bis dato kaum eine Rolle, der Einsatz beschränkt sich auf Beimischungen bis zu 15 Prozent. Gründe hierfür sind geringe Faserlängen sowie die Neigung zu Fasernissen und damit verbundenen Risiken im Kardierprozess.

Nachhaltigkeit durch neuartige Baumwollvliese

Schon Mitte der 1980er Jahre wuchsen die Anforderungen an Durchsatz und Faserorientierung in der Vliesbildung. Hier deutete sich die Nachfrage im frühen 21. Jahrhundert bereits an. Optimierte Vliesstoffkrempeln bilden denn auch heutzutage die Grundlage für den hoch effizienten Einsatz von Baumwollfasern. Asiatische Produzenten verarbeiten auch gerne Rohbaumwolle, die eine Stapellänge von 17-24 mm und einen entsprechend geringen Kurzfasergehalt aufweisen.

Neben der Faserlänge stellen knotenähnliche Gebilde, die sogenannten Nissen, eine weitere Herausforderung dar. Bereits die klassische Baumwollspinnerei unterscheidet zwischen Faser-und Schalennissen. Mechanische Beanspruchungen der Fasern erhöhen die Anzahl der Fasernissen, daher kommt der eingesetzten Kardiertechnologie eine hohe Bedeutung zu. Die Vliesbildung mit konventionellen Walzenkrempeln erhöht grundsätzlich die Anzahl der Nissen aufgrund der hohen Durchmischung. Dieser Prozess ist deshalb nicht geeignet um Baumwolle effizient zu verarbeiten.

Ein Technik mit mechanischer Vliesabnahme und aerodynamischen Airlay-Krempeln sind dagegen optimal auf die Verarbeitung von Baumwolle ausgelegt. Sie zeichnen sich sowohl bei 100 Prozent gebleichter Baumwolle als auch bei Mischungen mit Viskosefasern durch eine hohe Produktionsleistung und einen nur geringen Nissenanstieg aus.

Nachgeschaltete Maschinen für Wasserstrahlverfestigung, sowie Trockner und Wickler arbeiten unabhängig von den Längen der eingesetzten Fasertypen. Und das eingesetzte Filtrationssystem ist darauf ausgelegt, auch Baumwolle mit hohem Kurzfaseranteil zu verarbeiten. Lediglich Anzahl und Typ der Filterstufen müssen bei der Verwendung von Naturfasern angepasst werden.

Umweltfreundliche Reinigung von Rohrsystemen beim Produktwechsel

Ein großer Kostenfaktor in Industrieanlagen mit häufigen Produktwechseln, ist die vollständige Reinigung der Leitungen und Rohrsysteme. Alles muss sauber sein, bevor das neue Produkt durch die Transportsysteme fließen kann. Abgesehen davon, dass kurze Unterbrechungen zu bevorzugen sind, damit möglichst wenig Stillstand in der Produktion anfällt, sind heutzutage auch umweltfreundliche Lösungen immer mehr gefragt.

Bei Produkten auf Wasserbasis, etwa wässrigen Lösungen, Emulsionen oder Dispersionen, dient oft eine Wasserspülung dazu verbleibende Reste des vorher beförderten Produkts auszutragen. Je nach Anforderungen an die Reinheit fallen dabei mehr oder weniger große Mengen an Abwasser an, die anschließend zu entsorgen sind. Die Kosten dafür machen häufig einen großen Anteil der betrieblichen Ausgaben aus. Hinzu kommt, dass industrielle Anlagen häufig kritische Stoffe enthalten, die gesondert zu sammeln und aufwändig zu entsorgen sind. Deshalb liegt es auf der Hand, die Spülung, die Reinigung hochwirksam zu gestalten, um möglichst wenig Abwasser zu erzeugen.

Oft wird ein Molch eingesetzt, ein Reinigungs- oder Inspektionsgerät, das den Leitungs-Querschnitt ausfüllt und entweder einfach mit dem Produktstrom durch die Leitung wandert (meist bei Öl) oder durch extra aufgewendeten Druck (Wasser oder Druckluft) durch die Leitung gepresst werden muss. Problematisch sind bei diesem Verfahren geometrische Änderungen in der Rohrleitung, Formstücke mit engen Radien oder Pumpen, Absperrklappen und Rückfluss-Verhinderer. Solche Systeme lassen sich damit überhaupt nicht reinigen und müssen unter Umständen gar ausgebaut werden. Außerdem können bei Molchen vor allem in Produktleitungen für Dispersionen oder viskose Lösungen mehr oder weniger dicke Produktfilme an den Innenflächen der Leitung zurückbleiben.

Neues flexibles Reinigungsverfahren arbeitet effizient und nachhaltig

Etablierte Verfahren erfordern ein hohes Maß an Integrationsaufwand oder erzeugen große Mengen an Abwasser und damit Entsorgungskosten. Ein neues von „Hammann Engineering“ entwickeltes System arbeitet mit wenig Wasser effizient und gründlich, erzeugt dabei wenig Abwasser und ist einfach in bestehende Rohrleitungssysteme zu integrieren. Das sogenannte Comprex-Verfahren amortisiert sich schnell durch gesparte Entsorgungskosten.

Die Reinigungsmethode basiert auf der kontrollierten, impulsartigen Zugabe von Druckluft in eine mit Wasser teilgefüllte Rohrleitung. Dies beschleunigt Wasserblöcke in der Leitung auf hohe Geschwindigkeiten bis 20 m/s. Dadurch werden Verunreinigungen, Ablagerungen oder im Falle von Produktleitungen auch Reste des transportierten Produktes mobilisiert und ausgetragen. Im Gegensatz zur konventionellen Wasserspülung fallen bei der Comprex-Reinigung allerdings bis zu zehnmal geringere Abwasser-Mengen an, so der Entwickler.

In ersten Tests unter Real-Bedingungen bei BASF zeigte sich, dass die anfallende Menge an produktbelastetem Abwasser sich um durchschnittlich 70% verringern lässt. Nicht zuletzt spart der Betreiber dadurch jährlich erhebliche Entsorgungskosten und reduziert den C02-Ausstoß für das Verbrennen der Abwässer. Dies stellt einen wichtigen Beitrag in Richtung Nachhaltigkeit dar.

Quelle: Dr. Till Schmidberger, Prozessmanager, BASF; Hans-Gerd Hammann, Geschäftsführer, Hammann Engineering (in „Chemie Technik“, Juli 2019)

Neues variables Prüfverfahren für Bodenbeläge im Heim- und Objektbereich

 Textile Bodenbeläge werden in Anwendungsbereiche eingestuft, indem im Labor mechanisch Aussehensveränderungen an Proben erzeugt werden. Es gibt jedoch kein Prüfverfahren, um Aussehensveränderungen an starren textilen Bodenbelägen zu erzeugen und damit das Verschleißverhalten in der Praxis zu simulieren. Durch ein neues variables Prüfverfahren dürfte sich die Situation nachhaltig ändern. Auch eine Änderung der damit verbundenen EU- und DIN-Normen werden diskutiert.

Normalerweise wird bei diesen Prüfungen / Einstufungen anhand der subjektiv bewerteten Stärke der Aussehensveränderung entschieden, ob die Bodenbeläge für den Heim- oder den Objektbereich, für schwache oder starke Beanspruchung geeignet sind. Für dieses Verfahren werden Proben in einer Trommelwand befestigt. Jedoch ist der Verfahren schon lange nicht mehr angepasst worden – der letzte Abgleich von der Praxisbeanspruchung zur einer Simulation im Labor wurde 1984 in einem Forschungsprojekt des TFI - Institut Für Bodensysteme an der RWTH Aachen durchgeführt. Seitdem hat sich jedoch das Produktspektrum bei Bodenbelägen vollständig erneuert.

Mit breiter Unterstützung der Bodenbelags-Industrie aus Belgien und Deutschland wurde nun ein variables Prüfverfahren – die so genannten FOCuS-Methode – entwickelt. Es ermöglicht auch die Prüfung und Einstufung nichttextiler Bodenbeläge. Aktuelles Wissen über Bewegungsmechanismen und Kräfte des menschlichen Gangs spielen dabei eine entscheidende Rolle.

Ein neues Prüfverfahren nach DIN- und EU-Normen?

Für die Neuentwicklung wurden von den beteiligten Unternehmen mehr als 30 textile Bodenbeläge zur Verfügung gestellt, die das derzeitige Herstellungsspektrum in Europa repräsentieren. Die am besten dem menschlichen Gang vergleichbare Prüfmethode ist die Lisson­Tretradprüfung. Für die subjektiv-visuelle Bewertung der Aussehensveränderung ist diese Prüfung jedoch ungeeignet, da die bewertbare Fläche zu klein für die oft grob strukturierten und gemusterten Bodenbeläge ist.

Die aktuelle Herangehensweise bei den neu installierten Teststrecken unterscheidet sich in wesentlichen Bedingungen von den herkömmlich genutzten Verfahren wie Frequentierung, Beleuchtung und Schmutzeintrag. Neben der regelmäßigen Unterhaltsreinigung wurden dabei nicht nur turnusmäßig subjektive Bewertungen und Farbmessungen durchgeführt, sondern auch der Abnutzungszustand per Scan dokumentiert.

Für die Entwicklung des neuen Prüfverfahrens wurden auf Basis des Methoden-Reviews und des menschlichen Gangs verschiedene Konzepte entwickelt und die aktuellen Parameter der „FOCuS“-Prüfmethode erarbeitet. Als Abriebkörper wurden, neben den Gummistopfen der „Vettermann-Trommelprüfung“ und den Sohlen der Tretrad-Prüfung, aufgrund der besseren Verschleißeigenschaften auch Metallabrieb-Körper eingesetzt. Die Art der Aussehensveränderungen, die mit dieser Methode erzielt werden, ist den Ergebnissen in der Hexapod-Prüfung sowie der Praxis vergleichbar.

Zusätzlich wurden in Workshops mit den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses die Ergebnisse der neuen Prüfmethode diskutiert.  Insgesamt wurde dabei die neue Prüfmethode als sehr zukunftsweisend betrachtet. Die während der Projektlaufzeit gewonnenen Erkenntnisse im Vergleich zur bisherigen Praxis sollen daher auch in den entsprechenden Normungsgremien auf deutscher und europäischer Ebene diskutiert werden.

Ein Bericht dazu erschien in der Ausgabe melliand Textilberichte 2/2019, die Autoren waren

  • Sophia Gelderblom, Bayram Aslan; TFI - Institut für Bodensysteme an der RWTH Aachen e.V., Aachen
  • Jo Wynendaele; Centexbel, Gent/Belgien
  • Thorsten Knierim, Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. (PFI), Pirmasens
  • Didier Van Daele; Gent University, Gent/Belgien

 

Der CO2-Fußabdruck von Naturfasern bei Bioverbundwerkstoffen

Naturfasern gewinnen in unserem Alltag immer mehr an Bedeutung und erleben eine beeindruckende Renaissance als Dämmstoffe und Bioverbundwerkstoffe im Automobilbereich. Es gilt angesichts der sozialen und wirtschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, ihre Umweltauswirkungen zu analysieren und letztlich die Nachhaltigkeit dieser Wiederbelebung zu gewährleisten. In den letzten zwanzig Jahren werden tatsächlich immer mehr Naturfasern in Komposita eingesetzt, vor allem in besagtem Automobilsektor und generell auch als Dämmstoff in anderen Bereich.

Bio-Komposita bestehen aus einem Polymer und Naturfasern, von denen letztere die Stabilität gewährleisten. Bioverbundstoffe mit Naturfasern können eine ähnliche Funktionalität aufweisen wie andere Verbundwerkstoffe und bestehen den Vergleich für viele Endprodukte.

Der Trend zeichnet sich bereits seit Jahren ab: Im Jahr 2012 wurden in der europäischen Automobilindustrie 30.000 Tonnen Naturfasern eingesetzt, vor allem in Pressformteilen, ein Anstieg von rund 19.000 Tonnen Naturfasern Fasern im Jahr 2005. Auch aktuelle Analysen aus 2019 bestätigen diesen Trend eindeutig. Bei der Nutzung gilt es, nicht nur die Lebensdauer solcher Materialien zu betrachten, sondern diese aktuell auch ins Verhältnis zum CO2-Fußabdruck zu setzen.

Die normalerweise eingesetzten Naturfasern sind Hanf, Flachs, Jute und Kenaf. Ergebnisse aus dem Jahr 2015 zeigen, dass der CO2-Fußabdruck aller vier Fasern im Vergleich zu herkömmlichen Glas- und Mineralfasern deutlich geringer ist. Außerdem haben die Forscher des Nova Institute aus Hürth festgestellt, dass die CO2-Fußabdrücke der verschiedenen Naturfasern sich sehr ähnlich sind.

Initial herausragende Vergleichswerte für Naturfasern

Die Werte sind tatsächlich beeindruckend positiv: Die Produktion von einer Tonne Glasfasern bedeutet einen CO2-Fußabdruck von etwa 1,7 bis 2,2 Tonnen CO2, während Naturfasern nur einen CO2-Fußabdruck von etwa 0,5 bis 0,7 Tonnen CO2 pro Tonne Naturfaser aufweisen (ohne Transport zum Kunden). Das ist also nur ein Drittel des CO2-Fußabdrucks von Glasfasern. Auch wenn der anfängliche Vorteil in der Weiterverarbeitung abnimmt, haben Naturfaserverbundwerkstoffe im Vergleich zu Glasfaserverbundwerkstoffen einen um 20 bis 50 Prozent geringeren Fußabdruck.

Beim Transport der verschiedenen Naturfasern beträgt der Kohlendioxidausstoß bis zum Werkstor eines europäischen Vliesstoffherstellers im Automobil- oder Dämmstoffsektor für alle vier Naturfasern etwa 750 kg CO2 pro Tonne Naturfaser. Jute und Kenaf weisen aufgrund der manuellen Verarbeitung geringere Emissionen bei Anbau, Ernte und Dekontamination auf, aber ein langer Transport nach Europa gleicht diesen Vorteil aus.

Ist der CO2-Fußabdruck das richtige Maß?

Obwohl der CO2-Fußabdruck an sich ein sehr nützliches Instrument zur Beurteilung der Klimaauswirkungen von Produkten sind, muss eine umfassende ökologische Bewertung weitere Umweltkategorien berücksichtigen, so die Forscher des Nova Institute. Nur die Berücksichtigung von Treibhausgasemissionen kann zu unzureichenden Produktprüfungen und Handlungsempfehlungen führen, insbesondere wenn andere Umweltauswirkungen überhaupt nicht berücksichtigt wurden. Eine Aufgabe weiterführender Studien ist es daher, andere Wirkungskategorien zu berücksichtigen. Darüber hinaus umfasst Nachhaltigkeit auch soziale und wirtschaftliche Aspekte. Da Naturfasern in vielen Branchen eingesetzt werden, ist die Zertifizierung ein geeignetes Instrument, um Nachhaltigkeit nachzuweisen.

 

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