Garnrollen aus Gelatine-Wolle.  
Bild: Philipp Stössel, ETH Zürich

Rund 70 Millionen Tonnen Fasern werden heute jährlich rund um den Globus gehandelt. Fast zwei Drittel davon entfallen auf Kunstfasern auf Erdölbasis. Die umweltfreundliche Alternative dazu: Fasern aus Biopolymeren pflanzlichen oder tierischen Ursprungs. Schon Ende des 19. Jahrhunderts gab es Versuche, Proteine zu Textilien zu veredeln. So wurde 1894 bereits ein Patent für Textilien aus Gelatine eingereicht. Doch nach dem Zweiten Weltkrieg verdrängten die aufkommenden Kunstfasern die biologischen Proteinfasern rasch und gründlich vom Markt.

Dank einer Forschungsarbeit der Empa und der ETH Zürich könnte nun die Renaissance von Bio-Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen beginnen:  Philipp Stössel vom Institut für Chemie- und Bioingenieurwissenschaften der ETH Zürich hat in Zusammenarbeit mit Rudolf Hufenus und seinem Team vom Advanced Fibers Laboratory der Empa ein neues Verfahren entwickelt, mit dem aus Gelatine hochwertige Fasern gewonnen werden können. Die Fasern konnte er zu einem Garn verspinnen, aus dem sich Textilien herstellen lassen.

Beim Experimentieren bemerkte Stössel, dass sich das Protein bei der Zugabe eines organischen Lösungsmittels (Isopropanol) zu einer erhitzten, wässrigen Gelatinelösung am Boden des Gefässes absetzte. Die formlose Masse sog er mit einer Pipette auf und konnte ohne Kraftaufwand einen dehnbaren, endlosen Faden aus ihr herausdrücken. Dies war der Startpunkt für seine ungewöhnliche Forschungsarbeit, die nun in einer Publikation in der Fachzeitschrift «Biomacromolecules» vorgestellt wurde.

In einem nächsten Schritt benutzte Stössel mehrere parallel angeordnete Spritzenpumpen. Durch gleichmässigen Druck trieben die Spritzen feine Endlos-Fäden aus, die über zwei teflonbeschichtete Rollen geführt wurden. Die Rollen wurden konstant in einem Ethanolbad benetzt; dadurch konnten die Filamente nicht verkleben und härteten rasch aus, ehe sie auf einem Förderband aufgerollt wurden. Um die Faserherstellung zu optimieren, arbeitete Stössel dann mehrere Tage lang mit der Gruppe «Advanced Fibers», dem Team von Rudolf Hufenus, Seite an Seite. Mit dem Knowhow der Empa gelang es bald darauf, 200 Meter Fasern pro Minute herstellen. Rund 1000 Einzelfasern ergeben dann ein Garn, aus dem sich für Demonstrationszwecke ein Handschuh stricken lässt.

Ist er wasserfest? Handschuh aus Gelatinegarn im Tauchtest.
Bild: Philipp Stössel, ETH Zürich

Gute Isolationseigenschaften
Die einzelnen Filamente sind äusserst fein und haben einen Durchmesser von nur 25 Mikrometer. Die Oberfläche der Fasern ist glatt, während natürliche Wollfasern kleine Schüppchen aufweisen. «Die Gelatinefasern weisen deshalb einen schönen Glanz auf», sagt Stössel. Aufnahmen im Elektronenmikroskop zeigen, dass das Innere der Fasern von Hohlräumen durchzogen ist. Daher rührt womöglich der gute Isolationseffekt des Gelatinegarns, den Stössel beim Vergleich mit einem Handschuh aus Merinowolle messen konnte.

Grundsätzlicher Nachteil der Gelatine ist, dass sie sehr viel Wasser aufnehmen und stark quellen kann. Sie wird deshalb in der Küche häufig als Geliermittel in Puddings oder Crèmes verwendet. Durch verschiedene chemische Verarbeitungsstufen musste Stössel die Wasserfestigkeit des Gelatine-Garns daher verbessern. So behandelte er den Handschuh zuerst mit einem Epoxid, um die Gelatine-Bestandteile stärker miteinander zu verknüpfen und mit Formaldehyd, um das Polymer noch besser auszuhärten. Um das Garn geschmeidig zu machen, imprägnierte er es zuletzt mit Lanolin, einem natürlichen Wollfett. In den kommenden Monaten wird Philipp Stössel zusammen mit der Empa daran forschen, wie die Gelatinefasern noch wasserfester gemacht werden können.