Innovative Enzymtechnologie zur Reduktion des Farbstoffeinsatzes in der Textilindustrie.
Wirtschaftliche, ökologische und regulatorische Rahmenbedingungen erfordern eine kontinuierliche Weiterentwicklung ressourcenschonender Textilprozesse. Insbesondere der Färbeprozess ist mit einem hohen Einsatz an Chemikalien, Wasser und Energie verbunden. Die gezielte Funktionalisierung von Cellulosefasern bietet großes Potenzial, Färbeeffizienz und Produktqualität zu steigern und gleichzeitig Umweltbelastungen zu reduzieren. Lyocell ist eine aus Holz hergestellte, biologisch abbaubare Cellulosefaser mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften. Die hohe Kristallinität der Celluloseketten führt jedoch dazu, dass für geladene Farbstoffe nur wenige Bindungsstellen verfügbar sind. In der industriellen Praxis sind daher hohe Farbstoffmengen erforderlich, was zu erhöhtem Ressourcenverbrauch und Abwasserbelastung führt. Aus diesem Grund wurde im Rahmen des Projekts, versucht Lyocellfasern enzymatisch und selektiv zu modifizieren, um zusätzliche chemische Andockstellen für kationische Farbstoffe zu erzeugen. Dadurch sollte eine intensivere, gleichmäßigere Färbung bei reduziertem Farbstoffeinsatz ermöglicht werden, ohne Beeinträchtigung der Faserqualität oder bestehender industrieller Prozesse.
Funktionalisierung der Lyocellfaser
Im Zentrum des Projekts stand der Einsatz einer Lytischen Polysaccharid-Monooxygenase (LPMO), die Cellulose hochselektiv an der C1-Position oxidiert und zusätzliche Carboxylgruppen auf der Faseroberfläche erzeugt. Diese oberflächennahe Modifikation erfolgt ohne signifikanten Abbau der Celluloseketten und erhöht gezielt die Ladung der Faser und somit die Affinität zu kationischen Farbstoffen, ohne deren mechanische Eigenschaften zu beeinträchtigen. Bereits geringe Enzymladungen erhöhen die Carboxylgruppendichte deutlich bei vernachlässigbarem Masseverlust. Gleichzeitig bleibt Festigkeit und strukturelle Integrität der Fasern unverändert. Damit konnte erstmals eine gezielte enzymatische Oberflächenfunktionalisierung hochkristalliner Lyocellcellulose demonstriert werden, ohne die Faserfunktionalität zu kompromittieren. Die eingesetzte Farbstoffmenge konnte um 50 % gegenüber der unbehandelten Faser reduziert werden. Zusammenfassend zeigt der LPMO-basierte Ansatz, dass enzymatische Funktionalisierung von Lyocellfasern ressourceneffizientere Färbeprozesse ermöglicht, ohne bestehende industrielle Prozesse zu verändern. Dies stärkt nachhaltige, biobasierte Textilwertschöpfungsketten und eröffnet neue Perspektiven für weiterführende funktionelle Anwendungen von Cellulosematerialien.
