Diese neue Stoffbeschichtung könnte die Mikroplastikverschmutzung durch das Waschen von Kleidung drastisch reduzieren: Ingenieurforscher der University of Toronto arbeiten an einer Stoffausrüstung, um zu verhindern, dass sich Mikroplastikfasern während des Wäschewaschens lösen

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Bilder von unbeschichteten (oben links, rechts) und beschichteten (unten links, rechts) Nylon-6,6-Stoffen nach neun Waschzyklen, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. KREDIT
Bild: Sudip Lahiri

Abstract:
Ein Team von Ingenieurforschern der University of Toronto unter der Leitung von Professor Kevin Golovin hat eine Lösung entwickelt, um die Menge an Mikroplastikfasern zu reduzieren, die beim Waschen von Kleidung aus synthetischen Stoffen abgegeben werden.

Diese neue Stoffbeschichtung könnte die Mikroplastikverschmutzung durch das Waschen von Kleidung drastisch reduzieren: Ingenieurforscher der University of Toronto arbeiten an einer Stoffveredelung, um zu verhindern, dass Mikroplastikfasern während des Waschgangs abfallen

Toronto, Kanada | Gepostet am 27. Januar 2023

In einer Welt, die von Fast Fashion überschwemmt wird – einer Industrie, die billig hergestellte Kleidung in großen Mengen zu immensen Kosten für die Umwelt herstellt – bestehen heute mehr als zwei Drittel der Kleidung aus synthetischen Stoffen.

Wenn Kleidung aus synthetischen Stoffen wie Nylon, Polyester, Acryl und Kunstseide in Waschmaschinen gewaschen wird, führt die durch die Reinigungszyklen verursachte Reibung zu winzigen Rissen im Stoff. Diese Risse wiederum führen dazu, dass Mikroplastikfasern mit einer Länge von weniger als 500 Mikrometern abbrechen und durch die Abflüsse der Wäsche in Gewässer gelangen.

Sobald Mikroplastik in Ozeanen und Süßwasserseen und -flüssen landet, sind die Partikel schwer zu entfernen und es wird Jahrzehnte oder länger dauern, bis sie vollständig abgebaut sind. Die Ansammlung dieser Trümmer in Gewässern kann Meereslebewesen bedrohen. Durch sein Vorkommen in Nahrungsmitteln und Leitungswasser kann es auch Teil der menschlichen Nahrungskette werden, mit noch nicht geklärten Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit.

Regierungen auf der ganzen Welt haben nach Möglichkeiten gesucht, die Umweltverschmutzung zu minimieren, die durch das Waschen von synthetischen Stoffen entsteht. Ein Beispiel sind Waschmaschinenfilter, die sich als führende Lösung erwiesen haben, um zu verhindern, dass Mikroplastikfasern in Gewässer gelangen. In Ontario haben gesetzgebende Mitglieder einen Gesetzentwurf eingebracht, der Filter in neuen Waschmaschinen in der Provinz vorschreibt.

„Und doch, wenn wir uns ansehen, was Regierungen auf der ganzen Welt tun, gibt es keinen Trend, die Entstehung von Mikroplastikfasern von vornherein zu verhindern“, sagt Golovin.

„Unsere Forschung geht in eine andere Richtung, in der wir das Problem tatsächlich lösen, anstatt das Problem mit einem Pflaster zu behandeln.“

Golovin und sein Team haben eine zweischichtige Beschichtung aus Polydimethylsiloxan (PDMS)-Bürsten entwickelt, bei denen es sich um lineare, einzelne Polymerketten handelt, die aus einem Substrat wachsen und eine nanoskalige Oberflächenschicht bilden.

Vom Team durchgeführte Experimente zeigten, dass diese Beschichtung das Ablösen von Mikrofasern von Nylonkleidung nach wiederholtem Waschen erheblich reduzieren kann. Die Forscher teilen ihre Ergebnisse in einem neuen Artikel, der in Nature Sustainability veröffentlicht wurde.

„Mein Labor arbeitet seit einigen Jahren mit dieser Beschichtung auf anderen Oberflächen, einschließlich Glas und Metallen“, sagt Golovin. „Eine der Eigenschaften, die wir beobachtet haben, ist, dass es ziemlich rutschig ist, was bedeutet, dass es eine sehr geringe Reibung hat.“

PDMS ist ein organisches Polymer auf Siliziumbasis, das in vielen Haushaltsprodukten vorkommt. Seine Anwesenheit in Shampoos macht das Haar glänzend und rutschig. Es wird auch als Lebensmittelzusatz in Ölen verwendet, um das Schäumen von Flüssigkeiten beim Abfüllen zu verhindern.

Dr. Sudip Kumar Lahiri, Postdoktorand in Golovins Labor und Hauptautor der Studie, hatte die Idee, dass, wenn sie die Reibung, die während der Waschzyklen auftritt, mit einer PDMS-basierten Textilveredelung verringert werden könnten, dies verhindern könnte, dass Fasern aneinander reiben und beim Waschen abbrechen.

Eine der größten Herausforderungen, denen sich die Forscher während ihrer Studie gegenübersahen, bestand darin sicherzustellen, dass die PDMS-Bürsten auf dem Stoff blieben. Lahiri, von Beruf Textilingenieur, entwickelte auf der Grundlage seines Verständnisses von Textilfarbstoffen einen molekularen Primer.

Lahiri argumentierte, dass die Art der Bindung, die dafür verantwortlich ist, dass gefärbte Kleidung nach wiederholtem Waschen farbenfroh bleibt, auch für die PDMS-Beschichtung funktionieren könnte.

Weder die Grundierung noch die PDMS-Bürsten arbeiten separat, um das Ablösen von Mikroplastikfasern zu verringern. Aber zusammen haben sie ein starkes Finish geschaffen, das die Freisetzung von Mikrofasern nach neun Wäschen um mehr als 90 % reduziert.

„PDMS-Bürsten sind umweltfreundlich, weil sie nicht wie viele heute verwendete Polymere aus Erdöl gewonnen werden“, sagt Golovin, der für diese Arbeit mit dem Connaught New Researcher Award ausgezeichnet wurde.

„Durch die Zugabe der Grundierung von Sudip ist unsere Beschichtung robust genug, um auf dem Kleidungsstück zu bleiben und den Mikrofaserverlust im Laufe der Zeit weiter zu reduzieren.“

Da PDMS von Natur aus ein hydrophobes (wasserabweisendes) Material ist, arbeiten die Forscher derzeit daran, die Beschichtung hydrophil zu machen, damit beschichtete Stoffe Schweiß besser abtransportieren können. Das Team hat die Forschung auch erweitert, um über Nylonstoffe hinaus zu schauen, einschließlich Polyester- und Synthetik-Gewebemischungen.

„Viele Textilien bestehen aus mehreren Faserarten“, sagt Golovin. „Wir arbeiten daran, die richtige Polymerarchitektur zu formulieren, damit unsere Beschichtung dauerhaft an all diesen Fasern gleichzeitig haften kann.“

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Kontakte:
Fahad Pinto
Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften und Ingenieurwesen der Universität Toronto
Büro: 416-978-4498

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