ReMixT-Recycling

Jüngst hat die Europäische Kommission ein Programm zum Recycling von Plastik gestartet: Die Circular Plastics Alliance. Über 100 private und öffentliche Unterstützer haben sich mit dem Ziel zusammengetan, das Recycling von Plastik bis zum Jahr 2025 um 150 % zu steigern. Eines ist die Investition in Forschung und Entwicklung von neuen Recycling Methode um den Anteil an Recycelten Kunststoffen auf 10 Millionen tonnen zu steigern. Dieser Zusammenschluss spiegelt die Wichtigkeit der Rückgewinnung der Ausgangmaterialien wieder.

In der Textilindustrie und besonders der Modeindustrie sind 97 % der eingesetzten Edukte Neuware, wovon etwa 55 % Polyester (PET) und 27 % Baumwolle ausmachen. Die meisten Produkte sind Mischgewebe, die aus Baumwolle oder PET für die mechanische Stabilität und einem gewissen Anteil an Elastan für den Tragekomfort bestehen. Textilien aus High-Performance Polymeren wie Aramiden und Polyamid-Imiden werden für die Funktionalität ebenfalls als Mischgewebe produziert. Etwa 12 % der eingesetzten Edukte gehen schon während der Produktion als Verschnitt verloren (post-industrial-waste). Der textile Abfall des Endverbrauchers (Post-Consumer-Waste) wird zum Großteil thermisch Recycelt (Verbrannt) oder mechanisch Recycelt (zu Putzlappen oder Dämm- und Füllmaterial mit minderer Qualität im Vergleich zu dem Ausgangsprodukt prozessiert). Dies führt dazu, dass die ursprünglich eingesetzten Ausgangsstoffe der textilen Industrie für einen erneuten Einsatz zur Produktion hochwertiger Ware nichtmehr zur Verfügung stehen bzw. verloren gehen.

Recycling mit grünen Lösemitteln wie ionischen Flüssigkeiten (ionic liquid, IL), stark eutektischen Lösemitteln (deep eutectic solvent, DES) und biobasierten Lösemitteln (biobased solvent, BBS) birgt das Potential die Ausgangsstoffe der Produktionskette aus dem textilen Abfall zurückzugewinnen und der textilen Wertschöpfungskette als neue Edukte zur Verfügung zu stellen. IL, DES und einige BBS zeichnen sich durch einen geringen Dampfdruck, thermische Stabilität, ein geringes explosionspotential und eine geringe Toxizität aus, was die Notwendigkeit von Abzügen und einem Ex-Schutz minimiert. Sie besitzen einzigartige Eigenschaften als Lösemittel. DES sind zusätzlich generell als nicht-toxisch und biologisch abbaubar beschrieben. Sie werden aus einfachen Laborchemikalien hergestellt, sodass sie preisgünstig aus gut verfügbaren Rohmaterialien generiert werden können. Diese Lösemittel sind in der Lage verschiedene Fasern und Polymere unter verschiedenen Bedingungen zu lösen, sodass eine Schrittweise Solvatisierung einzelner Komponenten eines Mischgewebes möglich ist. Hierüber können reine Polymere in Lösung und als Feststoffe erhalten werden. Aus diesen Lösungen können mittels Wet‑Spinning und Melt‑Spinning direkt neue Fasern gesponnen werden, wodurch ein geschlossener Recyclingkreislauf der Textilbranche generiert wird. Werden für die Lösung von einigen Materialien harsche Bedingungen benötigt, die zu einem Abbau der Polymere führen können, so sind können diese immer noch für die Extrusion in der Plastikindustrie verwendet werden. Durch die Rückgewinnung und direkte Verarbeitung von High-Performance Polymeren kann der Einsatz von toxischen und korrosiven Mitteln wie Schwefelsäure, aus denen diese standardmäßig industriell gesponnen werden, vermieden werden.

Dieses Forschungsvorhaben zielt auf die Entwicklung und Optimierung eines Prozesses zur Rückgewinnung und direkten Verwendung von Polymeren aus textilem Abfall ab, die als Ausgangsmaterialien der Textilindustrie verwendet werden. Wir fokussieren uns primär auf die stufenweise Rückgewinnung von Polymeren, von sowohl High‑Performance Polymere als auch Textilien aus der Mode- wie auch PSA-Industrie. In Vorversuchen konnte die Anwendbarkeit des Rückgewinnungsschrittes bereits gezeigt werden. Mischgewebe aus Elastan und Baumwolle konnten bereits durch verschiedene IL und BBS voneinander separiert werden. Die unterschiedliche Löslichkeit verschiedener High‑Performance Polymere in unterschiedlichen Lösemitteln wurde ebenfalls bereits etabliert. Am Ende dieses Forschungsvorhabens wird allen Gliedern der textilen Wertschöpfungskette ein ökonomisch und ökologisch relevanter Prozess zur Verfügung stehen, der mit sehr geringem finanziellen und apparativem Aufwand in vielen Fabriken etabliert werden kann. Durch die Rückgewinnung der Edukte aus Abfall und Verschnitt werden zudem Ausgaben für die Beschaffung der Ausgangsstoffe der Produktion eingespart.

Recently, the European Commission launched a huge program on the recycling of plastics: The Circular Plastics Alliance, where more than 100 private and public supporters from the whole plastic value chain signed a pledge to increase the amount of recycled plastic by 150 % until 2025. One of the five priority targets is focusing on investments in research and development, especially on recycling aspects. This alliance is reflecting the importance of a proper recovery of raw materials out of disposed waste for the generation of new products. In textile industry, especially in the apparel industry about 97 % are virgin feedstocks with 55 % being man made polyesters (PES) and 27 % being cotton (CO). The products are mainly blended textiles composed of CO or PES, giving the garment stability, with a certain amount of elastan (EL) for wearing comfort. High performance polymers like aramid or polyamide‑imid are also processed as blends. 12 % of the feedstocks are lost during production as post-industrial-waste (PIW) in terms of offcuts and most of the disposed post-consumer-waste (PCW) is “thermally recycled” (incinerated) or “mechanically recycled” (transferred into washing cloths etc. of minor quality), leading to a total loss of the used products with no closed-loop recycling that would lead to new feedstocks for textile industry.

Polymer recovery by recycling with green solvents like ionic liquids (IL), deep eutectic solvents (DES) or common biobased solvents (BBS) exhibiting similar properties to IL and DES has the potential to recover the feedstock disposed in PIW or PCW. IL, DES and certain BBS exhibit low vapor pressure, thermal stability and low combustion potential (no necessity of deduction or explosion protection) as well as unique solubilization properties. Additionally, DES are in general non-toxic, biodegradable and easy to prepare, leading to very low expenditures on raw material. The mentioned solvents are able to dissolve different kinds of polymers at different conditions. A stepwise solubilization of blended textiles enables the separation of the blends and leads to pure polymers either as solids or in different solutions. These can directly be used as new feedstocks for fiber spinning, leading to a closed recycling loop for textile industry. Where harsh conditions at the stepwise solubilization process are necessary finally leading to degraded polymers in a grade too low for direct spinning, these polymers can be extruded and used as raw material in plastic industry, generating an open recycling loop. By recovering and direct spinning of high performance polymers like aramides, the utilization of toxic or corrosive solvents like the commonly used sulfuric acid can be avoided, generating an economically and ecologically valuable approach.

This research project is aiming on the development and optimization of a process for recovering and reusing polymers used as feedstocks in textile industry out of common PIW and PCW. We will focus on the treatment and stepwise solubilization and separation of polymers that are commonly used as high performance polymers (PIW and PCW collected by the factories) and as blended textiles, commonly used in apparel and protective clothes industry (PIW as off-cuts and collected PCW) with a subsequent generation of new products by wet- and melt-spinning of new fibers, as well as the reinforcement of polymers into plastics by extrusion. Pre-experiments already demonstrated the practicability of this approach: A stepwise solubilization of CO and EL leading to pure polymers in IL and BBS solutions, as well as the solubilization of different high performance polymers has repeatably been accomplished in laboratory scale. At the end of this research project there will be an economically relevant and ecologically friendly process with low expenditures on raw materials that can easily be established in recycling companies.

Angaben zum Forschungsvorhaben:

Forschungsthema:

ReMixT - Separation and recycling of mixed textiles
IGF-Antrags-Nr.
285 EN/1

Laufzeit:

01.01.2021 bis 31.12.2022

Ansprechpartner:

Dr. Thomas Mayer-Gall, Tel.:+49-2151-843-2015,
Mail: Mayer-Gall@dtnw.de