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Die Freisetzung von Mikrofasern aus Textilien ist zu einem immer dringlicheren Umweltproblem geworden, nicht nur, weil sowohl synthetische als auch natürliche Fasern zur Anhäufung von Mikroplastik in Ökosystemen beitragen, sondern auch, weil die Mechanismen, die zu dieser Freisetzung führen, tief in der Materialwissenschaft der Textilpolymere selbst verankert sind. Für Textilingenieure, Nachhaltigkeitsspezialisten und Forschungs- und Entwicklungsteams in der gesamten Bekleidungsindustrie besteht die zentrale Herausforderung darin, zu verstehen, warum bestimmte Stoffe wesentlich mehr Fasern abwerfen als andere, obwohl sie aus ähnlichen Rohstoffen hergestellt werden, und wie textile Systeme entworfen werden können, die von Natur aus widerstandsfähiger gegen die Ablösung von Fasern während ihrer gesamten Nutzungsdauer sind. Thermische AnalyseObwohl sie in der Polymerwissenschaft weit verbreitet ist, wird sie bei der Entwicklung von Textilien noch nicht ausreichend genutzt. Dabei bietet sie ein Maß an Präzision und mechanistischen Erkenntnissen, das sich hervorragend dazu eignet, das Risiko des Faserablösens vorherzusagen, bevor die Stoffe überhaupt auf den Markt kommen.
Die Materialwissenschaft hinter Shedding verstehen
Das Ablösen von Mikrofasern ist das Ergebnis einer Kombination miteinander verbundener Prozesse, nämlich lokaler mechanischer Beschädigung, fortschreitender Ermüdung unter wiederholten Belastungszyklen und allmählicher thermischer oder chemischer Alterung der Polymerstruktur. Jeder dieser Prozesse spiegelt die Reaktion des Textils auf die Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen wider, die beim Tragen, Waschen, Trocknen und Lagern auftreten (Wilkinson et al., 2025). Diese treibenden Kräfte sind nicht unabhängig voneinander, sondern verstärken sich gegenseitig in einer Weise, die den Faserbruch mit der Zeit beschleunigen kann. Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass Kleidungsstücke mit scheinbar ähnlicher Faserzusammensetzung dennoch Ausscheidungsraten aufweisen können, die sich je nach Garnkonstruktion, Stoffdichte, Veredelungschemie und der mikrostrukturellen Integrität, die während der Verarbeitung vermittelt wurde, um eine Größenordnung unterscheiden (De Falco et al., 2019). Diese Unterschiede, die für das bloße Auge oft unsichtbar sind, lassen sich letztlich auf Unterschiede in der Polymer Übergänge, thermische Stabilitätund Abbaupfade zurück – Eigenschaften, die sich mit thermischen Analysetechniken außerordentlich gut quantifizieren lassen.
Thermische Techniken als Prognoseinstrumente
Dynamische Differenz-Kalorimetrie (DSC), Thermogravimetrische Analyse (TGA) und Thermomechanische Analyse (TMA) beleuchten jeweils unterschiedliche Aspekte des Polymerverhaltens und ergeben zusammen ein multidimensionales Bild der langfristigen Stabilität eines Textils. Die DSC liefert zum Beispiel detaillierte Informationen über Glasübergangstemperaturen, Schmelzübergänge und KristallinitätDamit können Ingenieure bestimmen, ob die Fasern innerhalb des für die Haushaltswäsche typischen Temperaturbereichs duktil bleiben oder spröde werden. Bei Polyester-, Polyamid- und anderen thermoplastischen Fasern bedeutet eine Glasübergangstemperatur, die in der Nähe der Wasch- oder Trockentemperaturen liegt, dass das Material bei jedem Waschgang zwischen einem glasartigen und einem gummiartigen Zustand oszilliert, eine Fluktuation, die die Ermüdung beschleunigt und die Oberflächenfasern anfälliger für Brüche macht (Wilkinson et al., 2025).
Die TGA bietet einen Einblick in das mehrstufige Abbauverhalten von Textilien, indem sie die Temperaturen identifiziert, bei denen Ausrüstungen, Bindemittel, Elastanbestandteile und andere Zusatzstoffe zu zerfallen beginnen. Da diese Komponenten wesentlich zur Kohäsion zwischen den Fasern und zur Abriebfestigkeit beitragen, kann ein vorzeitiger thermischer Abbau die Struktur schwächen, lange bevor ein mechanisches Versagen sichtbar wird. Die TMA wiederum bildet das temperaturabhängige Steifigkeits- und Dämpfungsverhalten der Fasern ab und erfasst so die subtilen Erweichungs- oder Versteifungsübergänge, die einer Faserablösung oft vorausgehen. Zusammengenommen ermöglichen diese thermischen Techniken den Forschern, vorauszusehen, wann ein Textil mechanisch anfällig wird, anstatt dies erst zu entdecken, wenn es sich bereits gelöst hat.
Praktische Umsetzung in der Textil-F&E
Für F&E-Teams ermöglicht die Integration der thermischen Analyse in Strategien zur Abschwächung von Mikrofasern fundiertere Entscheidungen in verschiedenen Phasen der Produktentwicklung. Die Materialauswahl kann verbessert werden, indem Polymere ausgewählt werden, deren thermische Übergänge nicht mit den Belastungen beim Waschen übereinstimmen. Die TGA kann bestätigen, ob funktionelle Ausrüstungen vorzeitig abgebaut werden, und so dazu beitragen, dass Schutzbeschichtungen ihre Integrität während der gesamten Lebensdauer des Kleidungsstücks beibehalten. Herstellungsprozesse, insbesondere das Ziehen, Thermofixieren und Relaxieren, können optimiert werden, indem verfolgt wird, wie diese Schritte die thermischen Übergänge verändern und diese Veränderungen mit dem Abrieb- und Pillingverhalten in Verbindung gebracht werden. Recycelte und biobasierte Fasern, die bei der Wiederaufbereitung oft einer erheblichen thermischen Belastung ausgesetzt sind, können geprüft werden, um übermäßig degradierte Partien zu vermeiden, die eher zur Fragmentierung neigen (Wilkinson et al., 2025). Darüber hinaus kann die thermische Analyse als Qualitätskontrollinstrument dienen, das dazu beiträgt, dass die für das Shedding relevanten Eigenschaften über Lieferanten und Chargen hinweg innerhalb bestimmter Grenzen bleiben.
Fazit
Die thermische Analyse schlägt eine entscheidende Brücke zwischen der inneren Struktur von Textilpolymeren und ihrer langfristigen Umweltleistung. Techniken wie DSC, TGA und TMA bieten einen detaillierten Einblick in die Reaktion der Fasern auf Temperatur, Feuchtigkeit und Zeit und ermöglichen es der Textilindustrie, von der reaktiven Messung der Freisetzung von Mikrofasern zur proaktiven Entwicklung von Materialien überzugehen, die von Natur aus weniger anfällig für das Ablösen sind. Zwar werden die Vorhersagemodelle noch weiterentwickelt und müssen für bestimmte Materialien und Testbedingungen kalibriert werden, doch die gesammelten Erkenntnisse machen deutlich, dass die Kombination von thermischen Verfahren mit mechanischen und Waschtests einen robusten Rahmen für die Entwicklung langlebigerer Textilien mit geringerem Ausscheidungsverhalten darstellt. Auf diese Weise werden sowohl die Leistungsziele der Industrie als auch ihre Umweltverpflichtungen unterstützt. Es wird sichergestellt, dass die Kleidungsstücke ihre Integrität bewahren und gleichzeitig weniger zur globalen Verschmutzung durch Mikroplastik beitragen.
Referenzen
De Falco, F., Di Pace, E., Cocca, M. und Avella, M. (2019) ‚The contribution of washing processes of synthetic clothes to microplastic pollution‘, Scientific Reports, 9, 6633. https://www.nature.com/articles/s41598-019-43023-x
Hernandez, E., Nowack, B. und Mitrano, D.M. (2020) ‚Effect of age on microfibre release from polyester and cotton garments‘, Environmental Pollution, 266, 115226.
Lant, N.J., Hayward, A.S., Peththawadu, M.M., Sheridan, K.J. und Dean, J.R. (2020) ‚Microfiber release from real soiled consumer laundry and the impact of fabric care products and washing conditions‘, PLOS ONE, 15(6), e0233332. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0233332
Wilkinson, J., Willemse, M. und Silva, L. (2025) ‚Critical review on microfiber release from textiles: Quellen, Einflussfaktoren, Nachweismethoden und Reduktionsstrategien‘, Chemosphere, 367, 143376. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2025.144394
