Projekt 13058/01

Förderschwerpunkt Biotechnologie: Entwicklung einer innovativen und umweltentlastenden Verfahrenstechnik zur kombinierten enzymatischen Vorbehandlung von Baumwolle

Projektträger

Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West e. V. (DTNW) an der Gerhard-Mercator-Universität-GH Duisburg
Adlerstr. 1
47798 Krefeld
Telefon: 02151/843-205

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Eine effektive Vorbehandlung von Baumwolle muss alle Stoffe entfernen, die nachfolgende Veredlungsschritte beeinträchtigen könnten. Dies geschieht bis heute zumeist in drei Stufen: Entschlichtung, alkalisches Abkochen und Bleiche. Dabei werden unter Einsatz hoher Energie-, Wasser- und Alkalimengen die in der Weberei applizierten Hilfsmittel und die natürlichen Faserbegleitstoffe unspezifisch entfernt, was mitunter zu einer Schädigung des cellulosischen Materials führt. Im Rahmen des F&E-Projekts sollte ein umfassendes enzymatisches Vorbehandlungskonzept zum Abbau der verschiedenen Baumwollbegleitsubstanzen und zur Weiterverwendung der nativen Stärkeschlichten erarbeitet werden. Die drei konventionellen Teilprozesse sollten möglichst unter Verwendung von Enzymmischpräparaten in einem einzigen enzymatischen Gesamtprozess vereint werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGemäß dem Projektantrag wurden verschiedene Arbeitsschritte von verschiedenen Projektpartnern durchgeführt. Bei der CHT wurden die in der ersten Projektphase ausgewählten technischen Enzympräparate in Verbindung mit den extremophilen Spezies der TUHH anhand einer statistischen Versuchs-planung in unterschiedlichsten Kombinationen bei konstanter Prozesstemperatur im leicht sauren und leicht alkalischen pH-Wert-Bereich auf ihre Fähigkeit untersucht, die Stärkeschlichte und natürliche Baumwollbegleitsubstanzen in einer Flotte abbauen zu können. Am DTNW wurden vergleichbare Versuche im Laborjigger durchgeführt, bei denen die Prozessführung (Verlauf der Reaktionstemperatur, pH-Wert-Änderung, Reaktionszeit, Zeitpunkt der Enzymzugabe etc.) im Vordergrund standen. Als Kriterien für eine gelungene enzymatische Vorbehandlung wurden bei beiden Partnern vor allem ein hoher Entschlichtungsgrad und eine ausreichende Benetzbarkeit herangezogen, die für eine Weiterverarbeitung unerlässlich sind. Darüber hinaus wurde die behandelte Baumwolle auf ihren Restwachs- und Restpektingehalt untersucht und mit Proben verglichen, die konventionell vorbehandelt wurden. An der TUHH wurde die Herstellung und Aufbereitung thermophiler Lipasen für den Abbau von Baumwollwachsen weiter vorangetrieben. Nachdem die optimalen Parameter für einen kombinierten Einsatz von Enzymen in der Baumwollvorbehandlung im Labormaßstab erarbeitet waren, wurden die Versuche im großtechnischen Maßstab bei der Textilveredlung an der Wiese nachgestellt und anschließend unter den branchenüblichen Bedingungen gebleicht. Sowohl die jeweiligen Zwischenprodukte als auch die gebleichte Ware wurden einer betriebsinternen Materialprüfung unterzogen und mit konventionell vorbehandelter Ware verglichen. Darüber hinaus wurden Färbeversuche mit enzymatisch und konventionell behandelter Ware durchgeführt.


Ergebnisse und Diskussion

Im Verlaufe des dreijährigen Projekts konnte eine erfolgreiche Strategie zum kombinierten Einsatz von a-Amylase und Pektinase in der Baumwollvorbehandlung entwickelt werden. Dabei werden die pektinspaltenden Enzyme der Entschlichtungsflotte zugeführt, so dass die Entschlichtung stattfinden kann, während gleichzeitig die Entfernung unerwünschter Baumwollbegleitstoffe derartig vorbereitet wird, dass sie letztlich in einer Bleichstufe gänzlich mobilisiert und von der Baumwolle entfernt werden können. Die zunächst im Labor- und Technikumsmaßstab gesammelten Ergebnisse konnten in der letzten Projektphase erfolgreich auf den Einsatz im großtechnischen Maßstab übertragen werden. Dabei zeigte sich, dass die enzymatisch vorbehandelte Ware nach einer Bleiche die gleichen oder sogar bessere Qualitätsmerkmale aufweist als eine konventionell entschlichtete und alkalisch abgekochte Ware. Dies bedeutet, dass durch den kombinierten Einsatz von a-Amylasen und Pektinasen auf das alkalische Abkochen gänzlich verzichten werden kann, ohne Kompromisse beim Vorbehandlungsergebnis in Kauf nehmen zu müssen. Weder das Benetzungsverhalten noch der Weißgrad und die Anfärbbarkeit der gebleichten Ware sind schlechter als bei einer konventionell vorbehandelten Baumwolle, wobei es gleichzeitig zu einer deutlich geringeren Schädigung des Gewebes kommt. Die Einsparung eines Teilprozesses hat eine Einsparung von Zeit, Hilfschemikalien, Energie und vor allem von Brauchwasser zur Folge. Daraus ergeben sich sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile für den Anwender.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Gemäß den Richtlinien der DBU wurde am 29.04.2004 in Lörrach ein Statusseminar abgehalten. Am 23.03.2005 fand in Osnabrück ein Abschlussseminar zur Präsentation der erzielten Resultate statt. Des Weiteren sollen die Ergebnisse zu einem späteren Zeitpunkt in der einschlägigen Fachliteratur veröffentlicht werden.
DTNW-Mitteilung Nr. 46, 2005: Entwicklung einer innovativen und umweltentlastenden Verfahrenstechnik zur kombinierten enzymatischen Vorbehandlung von Baumwolle. ISSN 1430-1954.


Fazit

In dem dreijährigen von der DBU geförderten Forschungsvorhaben haben die Projektpartner DTNW, CHT, TUHH und TV a.d.W. gemäß der anfänglichen Zielsetzung eine Verfahrenstechnik zum kombinier-ten Einsatz von Enzymen in der Baumwollvorbehandlung entwickelt. Dabei wurde die Partnerstruktur im Vorfeld so gewählt, dass ein ausgewogenes Verhältnis aus Forschungseinrichtungen, Enzym- und Hilfsmittelherstellern sowie Anwendern vorhanden war, die die Umsetzung der Fragestellungen vom Labormaßstab in die industrielle Praxis gewährleistete. Gemäß dem Projektantrag wurden die Labor- und Technikumsversuche sowie die textilspezifischen Untersuchungen überwiegend am DTNW und bei der CHT durchgeführt. Die TUHH beschäftigte sich mit der Herstellung und Reinigung extremophiler Lipasen. Die Überführung der gesammelten Ergebnisse in die großtechnische Praxis wurde in Absprache aller Projektpartner bei der TV a.d.W. durchgeführt. Die Zusammenarbeit der Partner erwies sich dabei als fruchtbar und die durchgeführte Vorgehensweise hat sich bewährt, so dass im Verlaufe des Projekts na-hezu alle gesteckten Ziele erfüllt werden konnten. Das von den Projektpartnern entwickelte Verfahren ermöglicht einem textilveredelnden Betrieb die Einsparung eines kompletten ökologisch bedenklichen Arbeitsschritts - dem alkalischen Abkochen in der Baumwollvorbehandlung - und ist mit einer Vielzahl ökologischer aber auch ökonomischer Vorteile verbunden. Aus dem erfolgreichen Projekt ergeben sich neue Aufgabenstellungen für die Zukunft, wie etwa die Einbeziehung der vorgeschalteten Entmineralisie-rung in den Entschlichtungsprozess durch den Einsatz von säureresistenten ?-Amylasen sowie die Generierung potenzieller Einsatzgebiete der von der TUHH entwickelten thermophilen Lipasen. Die rich-tungsweisenden Versuche zur selektiven Inhibierung von Einzelaktivitäten in Enzymmischungen sollten ebenfalls konkretisiert werden.