Ein US-Forscherteam hat mit modifiziertem Baumwollsamenöl eine umweltfreundliche Alternative zu gesundheitlich bedenklichen Chemikalien wie Formaldehyd oder PFAS gefunden, die häufig zur Imprägnierung und zur Veredelung von Baumwoll-Kleidung eingesetzt werden.
Beim Kauf eines neuen Kleidungsstückes kann vom Etikett lediglich die verarbeitete Faserart abgelesen werden. Nicht aber die gewöhnlich darin enthaltenen Chemikalien, weil dies das Textilkennzeichnungsgesetz laut Umweltbundesamt nicht vorschreibt, sofern bestimmte Grenzwerte, etwa bei freiem Formaldehyd, nicht überschritten werden. Natürlich gibt es die Möglichkeit, auf Klamotten umzusteigen, deren Fasern chemisch unbehandelt sind und aus kontrolliert biologischem Anbau mit nachwachsenden Rohstoffen wie Baumwolle, Seide, Hanf oder Leinen stammen. Doch bei den herkömmlichen Textilien besteht das Risiko, dass darin ein gesundheitlich bedenklicher Chemikaliencocktail enthalten sein kann. Für dessen Reduzierung im heimischen Umfeld sind allerlei Tipps im Web zu finden. Dieser Cocktail kann aber auch noch weiter aufgepeppt werden, sofern zum Wetterfest-Machen zu Imprägniermitteln gegriffen wird, die als Sprays oder als spezielle Waschmittel angeboten werden.
Alternativen sind oft potenziell krebserregend
Bei der Herstellung von handelsüblicher Baumwolle schließt sich an das Sammeln der dünnen Zellulosefasern, das Entfernen der in den Fasern zerstreuten Baumwollsamen, das Spinnen der Baumwolle zu Garn und das Weben des Garns zu einem Gewebe die finale Veredelung des Materials mit verschiedenen Chemikalien an, wodurch dessen physikalische Eigenschaften mit Blick auf erhöhte Weichheit, maximale Knitterfreiheit oder verlässliche Wasserabweisung verändert werden. Dabei kommen traditionell Formaldehyd-basierte Harze als wichtigstes Veredelungsmittel zum Einsatz. Das klebrige Harz kann leicht an die Zellulosefasern der Baumwolle anbinden und dadurch chemische Brücken bilden, die die langen Zellulosefasern deutlich knitterfreier, weicher und widerstandsfähiger gegenüber Dehnungen machen. Formaldehyd, ein flüchtiger, farbloser organischer Stoff, ist zwar günstig herstellbar und kann einfach verarbeitet werden, aber er gilt laut WHO als potenziell krebserregend und kann zudem Haut- und Atemwegsreizungen verursachen. Noch heikler wird der Veredelungsprozess durch die Verwendung der sogenannten Ewigkeitschemikalien PFAS, wobei die Abkürzung für Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen steht, die zur Gruppe der fluorierten Kohlenwasserstoffe gehören und auch als PFC (Per- und Polyfluorcarbone) bekannt sind. PFAS gelten als toxisch und gesundheitsschädlich und sind kaum abbaubar. Dennoch werden sie bei der Baumwollverarbeitung noch immer häufig zum Imprägnieren eingesetzt, weil sich mit ihnen eine hydrophobe, wasserabweisende Oberfläche erzielen lässt. Auch wenn inzwischen wegen der gesundheitlichen Risiken Alternativen auf dem Vormarsch sind und daher die PFAS schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden.
Um die Verwendung von Harzen auf Formaldehyd-Basis und PFAS bei der Veredelung von Baumwollgeweben überflüssig zu machen, hat ein Team der North Carolina State University unter Leitung von Richard Venditti, Professor für Forstbiomaterialien, Papierwissenschaft und Papiertechnik, ein neues, umweltfreundliches Verfahren entwickelt. Dabei spielen die bei der Baumwollernte natürlich anfallenden Baumwollsamen die entscheidende Rolle. Bislang wurden diese Samen unter anderem als Tierfutter oder als Brennstoff verwendet, sofern sie nicht zu Baumwollsamenöl verarbeitet werden, das wegen seines milden Geschmacks zu den beliebtesten Speiseölen der USA zählt. Genau dieses Baumwollsamenöl geriet in den Blickpunkt der Forscher, die das Öl aber auf eine besondere Weise modifiziert hatten. Sie machten sich dessen spezifische chemische Eigenschaften in Gestalt langer Kohlenstoffketten zunutze, indem sie entlang dieser Ketten sogenannte Epoxidgruppen (sehr reaktionsfreudige, zyklisch aufgebaute organische Verbindungen) einfügten. Die daraus entstandenen sogenannten epoxidierten Baumwollsamenmoleküle, die auf den Namen ECSO getauft wurden, konnten starke chemische Verbindungen mit den Zellulosefasern des Baumwollgewebes und untereinander eingehen, wodurch es zur Bildung eines sogenannten Polymers kam und das Gewebe hydrophob wurde. Zusätzlich erzeugten die Epoxidgruppen Ölmolekül-Brücken zwischen den Zellulosefasern, wodurch das Gewebe knitterarm wurde. Laut den Wissenschaftlern könnte ECSO bei der Baumwollveredelung daher eine kostengünstige, einfach zu verarbeitende, umweltfreundliche, nachhaltige, gesundheitlich unbedenkliche und gleich wirksame Alternative zu den Formaldehyd-basierten Harzen werden. Die Forscher unterzogen den mit ECSO behandelten Stoff einer eingehenden Überprüfung.
Das Gewebe der Baumwolle verändern
Zunächst analysierten sie mithilfe einer Infrarotspektroskopie die erfolgreiche Anbindung der ECSO-Moleküle an die Stoffoberfläche. Um die wasserabweisenden Eigenschaften des Stoffes zu bewerten, maßen die Wissenschaftler mit einer Hochgeschwindigkeitskamera den Kontaktwinkel, unter dem Wassertropfen mit der Baumwoll-Oberfläche interagierten. Sie hatten sich an der Grundregel orientiert, dass das Material genau dann als besonders gut wasserabweisend angesehen werden kann, wenn der Winkel zwischen Wassertropfen und Stoff-Oberfläche möglichst groß ist. Unbehandelter Stoff zeigte keinerlei Kontaktwinkel, sprich: Das Wasser wurde vollständig vom Stoff absorbiert. Dagegen konnte bei dem mit ECSO modifizierten Stoff ein Kontaktwinkel von 125 Grad gemessen werden, was auf eine beachtliche Wasserabweisung hinwies.
In folgenden Studien möchte das Team weitere Leistungsfaktoren von ECSO-behandeltem Baumwollgewebe untersuchen, darunter Haltbarkeit, Reißfestigkeit und Knitterfestigkeit. Als ultimatives Ziel haben sich die Forscher die Entwicklung eines Verfahrens zur Behandlung von Baumwolle mit einer ECSO-Wasseremulsion vorgenommen, einem umweltfreundlichen Verfahren, das komplett ohne gesundheitsgefährdende Chemikalien auskommt. „Wenn wir unser Ziel erreichen, die Eigenschaften des Baumwollgewebes zu verändern – es knitterfrei, fleckenabweisend und wasserabweisend zu machen – und zwar mithilfe eines wasserbasierten Verfahrens, verfügen wir über ein umweltfreundliches Verfahren, um Baumwolle mit biobasiertem Material zu versehen und so Formaldehyd- und PFAS-basierte Ausrüstungen zu ersetzen“, so Prof. Richard Venditti.