Überkritische Medien

Trotz der erst in den letzten Jahren aktuell gewordenen Diskussion über die Nachhaltig­keit von Prozessen und Produkten ist es schon seit langer Zeit ein Ziel des DTNW, für die Textilveredlungsindustrie - als wasserintensiven Industriezweig - neue, umwelt­schonende Technologien zu entwickeln, die vollständig vom Wasserkreislauf abge­koppelt sind. Dies ist möglich, wenn z.B. überkritische Fluide als Transportmedium für Veredlungschemikalien anstelle von Wasser verwendet werden. Eine herausragende Rolle spielt hierbei das Kohlendioxid (CO2) unter überkritischen Bedingungen (Druck > 73,8 bar, Temperatur > 31,1 °C) wegen seiner Lebensmittelechtheit, seiner günstigen kritischen Daten und seiner weltweiten Verfügbarkeit in standardisierter Qualität. Die Beherrschung der erforderlichen Drücke ist Stand der Technik.

 

In diesem Kontext wurde 1988 vom DTNW ein Verfahren zum wasserfreien Färben von Textilfasern in überkritischem CO2 patentiert, welches in den folgenden Jahren durch weitere Patente seitens des DTNW abgesichert wurde. Dieses Verfahren arbeitet bei einem Druck von 200 bis 300 bar und Temperaturen zwischen 90 und 140 °C. In einer Vielzahl von öffentlich geförderten AiF-Forschungsvorhaben wurde am DTNW u.a. nachgewiesen, dass CO2 unter überkritischen Bedingungen ein beträchtliches Lösevermögen für viele im Textilsektor relevante Stoffgruppen wie z.B. Dispersionsfarb­stoffe, synthetische Schlichten, Präparationen, Kettwachse, Avivagen und Fette besitzt.

Weil dieses Verfahren völlig wasserfrei ist, bietet es gegenüber der herkömmlichen Färbung aus wässriger Flotte eine Vielzahl ökologischer und ökonomischer Vorteile:

- keine Vorbehandlung von Brauchwasser (Entsalzung),

- kein Abwasser,

- Energieeinsparung durch Wegfall des Trocknungsprozesses und durch die Zusam­menlegung

von Veredlungsprozessen,

- keine schädlichen Luftemissionen,

- deutlich kürzere Färbezeiten,

- umweltfreundliche Formulierung der Farbstoffe, es werden keine Dispergier- und

Stellmittel mehr benötigt und

- keine reduktiven Nachbehandlungen.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten des DTNW lag auf der Prozess- und Anlagenentwicklung bzw. -optimierung mit dem Ziel einer industriellen Anwendung des Verfahrens. In Zusammenarbeit mit UHDE High Pressure Technologies GmbH (Hagen) konnte 1995 eine neue Pilotanlage zur Färbung aus überkritischem CO2 mit einem Autoklavenvolumen von 30 l zur Extraktion und Färbung von textilen Flächen­gebilden und Garnen konstruiert und gebaut werden. Diese wurde auf der Internationalen Textilmaschinenausstellung ITMA 95 in Mailand und der OTEMAS in Japan (1996) erst­mals einem internationalen Fachpublikum vorgestellt und anschließend dem DTNW zur Optimierung der Verfahrensparameter sowie zur Weiterentwicklung der bestehenden Anlage von UHDE zur Verfügung gestellt.

Neben dem Färben textiler Materialien aus überkritischen Kohlendioxid wurde im Rahmen eines von der DBU geförderten Projektes ein Verfahren zur Desinfektion und Sterilisation von textilen Materialien im Kranken­hausbereich und im Hygienesektor entwickelt, bei dem CO2 als neues, umweltfreundliches und materialschonendes Lösungsmittel verwendet wird. Dazu wurde die Möglichkeit untersucht, hochkomprimiertes CO2 mit Ozon als Additiv zur Inaktivierung von krankenhausrelevanten Keimen einzusetzen. Die Abtötung humanpathogener Bakterien, Pilze sowie Sporen wurde in dieser Arbeit optimiert.

Darüber hinaus ist das DTNW bestrebt, überkritisches Kohlendioxid als Carrier zu nutzen, um in diesem Medium lösliche metallorganische Verbindungen in Synthesefasern zu deponieren. Über eine entsprechende Nachbehandlung könnte die organische „Hülle“ dieser Verbindungen abgebaut werden, so dass nanoskalige Metallpartikel in der Faser verbleiben, die insbesondere aufgrund ihrer großen spezifischen Oberfläche als immobilisierte Katalysatoren verwendet werden können.