Neues Färbeverfahren könnte Polyester-Recycling vereinfachen

Das Recycling farbiger Textilien stellt die globale Textilindustrie vor große Herausforderungen, da jährlich über 92 Millionen Tonnen Textilmüll entstehen und weniger als ein Prozent im geschlossenen Kreislauf recycelt werden. Polyester gehört zu den am häufigsten verwendeten Synthetikfasern, doch das Entfernen vorhandener Farbstoffe ist extrem ressourcenintensiv und erfordert oft große Mengen an Wasser, Energie sowie toxischen Chemikalien.

Um diese Hürde beim Faser-zu-Faser-Recycling zu überwinden, untersuchten Forschende der Universität Fukui in Japan unter der Leitung von Dr. Jianhua Ren ein neuartiges Verfahren, das ohne das aufwendige Entfärben der Textilien auskommt.

Fasern färben, ohne vorher Farbstoffe zu entfernen

„Die Textilindustrie steht derzeit vor einer großen Herausforderung: Große Mengen an gebrauchten Textilien werden entsorgt, während das Recycling gefärbter Fasern oft eine Entfernung der Farbstoffe erfordert – ein Prozess, der zudem enorme Mengen an Chemikalien und Wasser verbraucht. Unsere Forschung untersucht einen Weg, die Farbe von Polyesterfasern direkt zu verändern, indem die bereits enthaltenen Farbstoffe mithilfe von überkritischem Kohlendioxid (scCO2) neu verteilt werden“, kommentiert Dr. Ren in einer Pressemitteilung.

Das innovative Verfahren nutzt überkritisches Kohlendioxid (scCO2), um die bereits in den Polyesterfasern enthaltenen Farbstoffe umzuverteilen und dadurch neue, gleichmäßige Farbtöne zu erzeugen. Überkritisches Kohlenstoffdioxid ist ein Aggregatzustand von Kohlendioxid, der entsteht, wenn Druck und Temperatur den kritischen Punkt überschreiten.

Bei Behandlungen unter Bedingungen von 120 Grad Celsius und 25 Megapascal dringt das scCO2 in die Fasern ein und ermöglicht die Migration der Farbstoffmoleküle von Bereichen höherer zu Bereichen niedrigerer Konzentration. In Experimenten führte die Kombination unterschiedlich gefärbter Stoffe – wie Blau und Gelb – nach einer Behandlungsdauer von 90 Minuten zu einem völlig identischen und homogenen Grünton, ohne dass die Mikrostruktur der Fasern beschädigt wurde.

Um das Ergebnis mathematisch zu erfassen und vorherzusagen, ermittelten die Wissenschaftler:innen die Farbintensität mithilfe von Säurekonstanten (K/S-Werten) basierend auf der Kubelka-Munk-Funktion. Da die gemessenen Farbwerte leicht unter der theoretischen Summe der Einzelfarbstoffe lagen, entwickelten die Forschenden ein Präzisionsmodell zur Farbabstimmung, das Wechselwirkungen zwischen den Farbstoffpaaren berücksichtigt. Dieses Modell konnte den statistischen Fehler bei verschiedenen Wellenlängen erheblich reduzieren und ermöglicht es, den Zielfarbton über das Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe präzise zu steuern.

Weitere Untersuchungen an gemischten Textilabfällen

Insgesamt bietet dieser Ansatz eine vielversprechende Methode für ein nachhaltigeres Polyester-Recycling, da neue Farben kreiert werden können, ohne alte Farbstoffe entfernen oder neue hinzufügen zu müssen. Allerdings räumen die Forschenden ein, dass in der Studie bisher nur Stoffe mit bekannten Farbstoffzusammensetzungen unter Laborbedingungen getestet wurden. Um das Verfahren für die Praxis zu wappnen, sind weitere Untersuchungen an realen, gemischten Textilabfällen, komplexeren Farbstoffkombinationen sowie eine Skalierung auf industrielle Prozesse erforderlich.

„Die Studie bietet eine Möglichkeit, Farbveränderungen zu untersuchen, ohne dass die Farbstoffe zuvor aus dem Polyester entfernt werden müssen. Der nächste Schritt besteht darin zu ermitteln, wie sich dieser Ansatz bei tatsächlichen Textilabfällen und komplexeren Farbstoffkombinationen bewährt,“ bestätigt Professor Kazumasa Hirogaki.

Die Studie wird in der nächsten Ausgabe des Journal of Supercritical Fluids erscheinen, das am 1. November herauskommt.