Was ist eigentlich “Superwash”?

Das Thema “superwash” -Ausrüstung bei Handarbeitsgarnen ist in den letzten Jahren immer mehr in den Fokus gerückt. Dass dahinter oft Chemie und damit verbunden teils beträchtliche Folgen für die Umwelt einhergehen, wissen mittlerweile viele. Und schon steht man vor einem Dilemma: Die Farben sind ja wirklich toll, aber das schlechte Gewissen der Umwelt gegenüber ist immer da. Nur: bedeutet “superwash” immer auch “umweltschädlich”? In letzter Zeit wurden deutlich umweltfreundlichere Verfahren entwickelt, die sogar Standards wie GOTS und OekoTex genügen.

Warum filzt Wolle eigentlich?

Wolle filzt, wenn sich nebeneinanderliegende Fasern unauflöslich miteinander verhaken. Verantwortlich für das Verhaken sind die Schuppen auf der Faseroberfläche. In diesem Artikel hier gehe ich auf den Aufbau von Wollfasern detaillierter ein, wenn Dich das interessiert.

Die Schuppen geben der Faser sozusagen eine Richtung, die man spüren kann, wenn man eine Locke zwischen die Finger nimmt und sie einmal von der Wurzel zur Spitze durch die aneinandergedrückten Finger zieht und einmal in umgekehrte Richtung. In Richtung der Spitze gleitet es deutlich leichter. Dieser Effekt nennt sich “direktionaler Reibungseffekt” (directional friction effect). Er sorgt auch dafür, dass z.B. Schmutz von der Wurzel zur Spitze transportiert und somit aus dem Vlies entfernt werden kann.

Der Prozess des Verfilzens wird zwar immer mit diesem direktionalen Reibungseffekt erklärt, aber bis ins allerletzte Detail ist er offenbar noch nicht verstanden (dabei ist Filzen eine der ältesten textilen Techniken überhaupt!). Für den genauen Mechanismus werden in der Literatur verschiedene Modelle beschrieben (Fu et al. 2015 erwähnt z.B. den Shorter’s Mechanismus), allerdings muss ich gestehen – so richtig gut vorstellen kann ich es mir nicht. Mein (etwas diffuses) Verständnis ist dieses: Wenn Fasern nicht parallel liegen, sondern in unterschiedlichen Richtungen aufeinandertreffen und sich bei Bewegung mit ihren Schuppen verhaken, dann kommen sie nur noch vor und nicht mehr zurück, und wenn sie dann weiter bewegt werden, kommen sie irgendwann weder vor noch zurück und sind verfilzt. Parallel und gleichartig orientiert liegende Fasern verfilzen weniger leicht.

Allgemein lässt sich als Faustregel sagen:

• Feine Fasern filzen leichter als gröbere Fasern
• Fasern mit ausgeprägterer Schuppenstruktur (also solche mit höheren Schuppen) filzen leichter

Interessanterweise gibt es in der Tat einige Schafrassen, die deutlich weniger zum Filzen geeignet sind bzw. den Ruf haben, gar nicht zu filzen (Down-Rassen z.B. wie Southdown). Es wäre spannend zu wissen, inwieweit sich die Faserstruktur der Down-Rassen z.B. von Merino unterscheidet und wie genau das dann das Filzverhalten beeinflusst. Wenn sich jemand mit mir dazu austauschen möchte…immer gerne! Es gibt jede Menge wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema, nur leider habe ich keinen Zugang mehr zu einer Uni-Bibliothek.

Wenn Wolle nicht filzen soll, müssen demnach irgendwie die Schuppen auf der Oberfläche der einzelnen Fasern verändert werden.

Warum soll Wolle filzfrei sein?

Verbraucher*innen wünschen sich heute pflegeleichte Kleidungsstücke. Dementsprechend wird erwartet, dass auch Textilien aus Wolle oder mit Wollanteil maschinenwaschbar und trocknergeeignet sind. Den Wünschen und Vorstellungen der Verbraucher folgend hat die Textilindustrie daher Verfahren entwickelt, mit denen in großem Maßstab genau das erreicht wird.

Ob auf chemischen, physikalischem oder enzymatischem Wege, eines ist allen Verfahren gemeinsam: sie alle verändern die Schuppenstruktur an der Oberfläche der Wollfasern, um das Verhaken der einzelnen Fasern miteinander zu verhindern. Dabei müssen die Schuppen offenbar gar nicht komplett entfernt werden (Zahn et al. 2012).

Beachte: bei den im folgenden beschriebenen Verfahren berücksichtige ich nur die, die für Fasern oder Garne verwendet werden können. Es gibt weitere Verfahren, die z.B. nur auf gewebten Textilien angewendet werden können, auf diese gehe ich aber in diesem Artikel nicht ein.

Chemisch: Das Chlor-Hercosett-Verfahren

Das erste Verfahren, mit dem Wolle filzfrei ausgerüstet werden konnte, war das Chlor-Hercosett-Verfahren. Es wurde von der CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) und The International Wool Secretariat in den 1970er Jahren entwickelt und wird mittlerweile in über 20 Fabriken weltweit eingesetzt (Rippon et al. 2016).

In diesem Verfahren wird die Wolle (die lose Wolle oder Kammzüge) mit Chlor behandelt. Dadurch wird die Grundsubstanz der Faser, das Keratin, an der Oberfläche chemisch verändert (für die chemisch Interessierten: es werden sämtliche zugänglichen Disulfidbrücken in den Fasern gespalten und auch ca. 60% der Oberflächenlipide der Epicuticula entfernt). Dadurch wird die Oberfläche hydrophiler (= wasserliebender) und erleichtert so z.B. auch das Eindringen der Farbstoffmoleküle über den interzellulären Raum in das Innere der Fasern. Dieser Zustand ist nicht besonders stabil, daher werden die Fasern in der Regel anschließend noch mit einem Polymer überzogen.

Das Verfahren läuft in folgenden Schritten ab:

1. Chlorierung. Die Fasern werden dafür in eine Lösung gelegt, die entweder in Wasser eingeleitetes Chlorgas ist (Kroy-Hercosett-Prozess, siehe Zahn et al. 20212) oder aber mit Schwefelsäure angesäuertes Natriumhypochlorit (dieses Verfahren ist etwas milder). Dabei wird ein Großteil der kovalent an der Faseroberfläche gebundenen Lipide entfernt, Disulfidbrücken gespalten und die Faseroberfläche hydrophiler (d.h. wasserliebender) gemacht (s.o.).
2. Neutralisation mit Sulfit-Lösung.
3. Überzug mit einem reaktiven kationischen Polymer. Ursprünglich war das eine Polyamid/Epichlorohydrin-Verbindung namens Hercosett 57, mittlerweile werden auch andere Verbindungen benutzt (z.B. Hercosett 125).
4. Zusatz weiterer Prozesshilfen (z.B. Benetzungsmittel, Weichspüler) und Trocknen, um das Polymer auf der Faseroberfläche zu vernetzen.

Der wichtigste Schritt (nämlich der, der das anschließende Filzen verhindert) ist die Chlorierung. Auch ohne den Polymerüberzug sind die Fasern dann filzfrei, allerdings können die chemisch veränderten Proteine auch ausgewaschen werden und somit ist die filzfrei-Ausrüstung noch nicht wasch- und trocknerfest. Verläßlich und dauerhaft filzfrei werden die Fasern erst durch das Aufbringen des Polymers. Die Chlorierung macht die Faseroberfläche auch hydrophiler und somit besser benetzbar für Wasser, Farbstoffe oder eben das Polymer.

Statt des Chlors wird mittlerweile auch PMS verwendet (…nein, nicht das PMS. Permonoschwefelsäure, HOOSO₃H, wen es interessiert). Mit dieser Methode werden allerdings keine Oberflächen-Lipide entfernt.

Das große Problem der Hercosett-Verfahren ist, ihr ahnt es schon: die Abwässer. Sie enthalten große Mengen Organische Chlorverbindungen und sind hochgradig umweltschädlich. Seit Jahrzehnten wird daher nach Alternativen gesucht und geforscht, von denen aber nur wenige in industriellem Maßstab zufriedenstellende Ergebnisse liefern.

Neuere Entwicklungen z.B. der Firma Schoeller verwenden andere Oxidationsmittel und sogenannte Micropatches aus “ökologischen Polymeren”, d.h. sie ummanteln die Fasern nicht mehr komplett sondern nur noch netzartig. Dieses Verfahren erfüllt die Anforderungen verschiedener Standards, u.a. GOTS.

Enzymatisch: Das Proteolytische Verfahren

Umweltfreundlichere Verfahren verwenden Enzyme, um die Oberfläche der Fasern so zu verändern, dass sie filzfrei werden. Die Enzyme können in einer gepufferten wäßrigen Lösung arbeiten und es entstehen dabei keine toxischen Abfallprodukte. Die Enzyme selbst werden meist biotechnologisch hergestellt, d.h. aus Bakterienkulturen gewonnen. Die verwendeten Bakterien enthalten die Enzyme entweder von Natur aus oder könnten genetisch verändert worden sein, um die Enzyme herzustellen.

Was machen die Enzyme? Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen beschleunigen können (man sagt, sie haben eine katalytische Funktion). In unserem Falle sind es Proteasen, das heißt, sie bauen Proteine ab. Die chemische Reaktion, die sie beschleunigen, ist also die “hydrolytische Spaltung von Peptidbindungen”, oder Proteolyse.

Wolle ist selbst auch ein Protein und kann daher von Proteasen abgebaut werden. Das ist übrigens auch ein Grund, warum man Wolle nicht unbedingt mit herkömmlichem Waschmittel waschen sollte – die in Waschmitteln enthaltenen Enzyme sind oft Proteasen, die die Wolle angreifen und abbauen können.

Die Schwierigkeit ist nun, die Fasern nicht komplett zu zerstören, sondern nur die Schuppenstruktur an der Oberfläche. Die Proteasen dürfen also nur ein bißchen knabbern, und sie dürfen auch nicht in das Innere der Wollfasern gelangen. Wenn sie da erst mal sitzen, knabbern sie womöglich fröhlich weiter, bis die gesamte Faser abgebaut ist. Technisch wird das oft so gelöst, dass die Proteasen an Polymere gekoppelt werden (zum Beispiel Polyethylenglycol). Dadurch werden sie so groß, dass sie nicht mehr zwischen den Schuppen in die Fasern gelangen können und somit nur noch die Faseroberfläche als Angriffspunkt haben (s. Abbildung).

Es gibt mittlerweile mehrere Verfahren, eines davon ist in Deutschland entwickelt worden und kann auch in größerem Maßstab eingesetzt werden (das ProLana-Verfahren von Dr. Petry). Der Knackpunkt ist: die Wolle ist nicht ganz so filzfrei wie mit dem Hercosett-Verfahren behandelte. Es gibt Richtwerte, die man einhalten muss, um die Wolle “superwash” nennen zu können, und diese Richtwerte können mit den verfügbaren enzymatischen Verfahren offenbar (noch) nicht ganz eingehalten werden (hier wird ein wenig darauf eingegangen). Man darf aber gespannt sein, ob durch weitere Forschung hier nicht doch noch ein Durchbruch erzielt werden kann.

Enzymatische Verfahren benötigen immer noch Wasser (und natürlich Nährlösungen für die Bakterien), aber ich gehe davon aus, dass die Abwässer längst nicht so umweltschädlich sind wie beim Hercosett-Verfahren.

Physikalisch: Das Plasma-Verfahren

Das dritte mir bekannte Verfahren, um Wolle filzfrei zu machen, ist das sogenannte Plasma-Verfahren.

Was ist denn bitte ein Plasma? Ein Plasma ist in unserem Falle ein Gasgemisch, das durch elektrische Entladung einen bestimmten Anteil geladener (=”ionisierter”) Teilchen enthält. Diese geladenen Teilchen können dann die Faseroberfläche verändern.

Die zu behandelnden Fasern werden in eine Kammer eingebracht. In diese Kammer wird ein Gasgemisch eingeleitet, das aus einem inerten Trägergas (z.B. Helium, ein Edelgas.”inert” meint, dass es selbst nicht an der Reaktion beteiligt ist) und einem Plasma-generierenden Gas (z.B. Sauerstoff, Stickstoff oder Luft) besteht. Durch elektrische Entladungen wird in der Kammer das Plasma erzeugt. Das Plasma verändert dann die Faseroberfläche, indem es, mal ganz grob formuliert, Löcher und Mikrokrater bis zu einer Tiefe von 5nm in die Oberfläche schießt. Auch hierbei werden höchstwahrscheinlich die Oberflächenlipide entfernt, die Fasern so hydrophiler (=wasserliebender) gemacht sowie die Disulfid-Brücken gespalten.

Plasma-Verfahren sind deutlich umweltfreundlicher als das Hercosett-Verfahren, weil keine schädlichen Abfallprodukte entstehen und somit die Umwelt nicht dadurch belastet werden kann. Nicht einmal Wasser wird benötigt, lediglich die Energie, die zur Plasma-Erzeugung erforderlich ist, und die könnte z.B. aus Ökostrom kommen.

Allerdings ist der Durchsatz auch nicht besonders hoch, so dass diese Methode im industriellen Maßstab zwar angewendet wird, aber keine so große Rolle spielt. Und auch hier ist die Wolle anschließend offenbar nicht so zuverlässig filzfrei wie mit den chemischen Verfahren. Für das Bedrucken von Stoffen hingegen eignet sich diese Methode hervorragend.
Ein Beispiel für einen kommerziellen Plasmaprozess findet ihr bei Südwolle. Dieses Verfahren ist unter anderem für GOTS und Oeko-Tex zertifiziert.

Muss Wolle nun immer filzfrei sein?

Superwash oder nicht – bei diesem Thema scheiden sich die Geister. Während es für die einen nichts mehr mit der ursprünglichen Faser zu tun hat und eher abwertend als “Harzfaser mit Keratinkern” bezeichnet wird, begeistern sich andere für die leuchtenden Farben und das pflegeleichte handling (gerade für Dinge, die oft gewaschen werden, z.B. Babysachen). Die Wahrheit findest Du nur für Dich heraus, indem Du ausprobierst, was für Dich am besten funktioniert.

Es lässt sich nicht von der Hand weisen, dass sich superwash-behandelte Fasern anders verhalten als unbehandelte. Durch eine Verwechslung habe ich einmal superwash-behandeltes statt unbehandeltes Cheviot geliefert bekommen. Während des Spinnens ist mir das zwar nicht so aufgefallen. Beim anschließenden Färben haben die superwash-Garne aber definitiv die Farben besser aufgenommen (wie ich in diesem Experiment selbst festgestellt habe).

Durch die veränderte Schuppenstruktur haben die Garne oft einen anderen Fall als unbehandelte Garne. Es kann auch sein, dass z.B. Pullover nach dem Waschen länger werden, weil eben die Schuppen nicht mehr so gut zusammenhalten, die Fasern mehr aneinander vorbeigleiten und die Strickstücke so ihre Form etwas verlieren. Möglicherweise lässt sich das aber beim Stricken auch durch ein festeres Maschenbild ausgleichen.

Eine sehr umfassende Übersicht zum Thema “filzfrei” findet sich übrigens auch bei Ulrike Bogdan in ihrem eBook “Von Fasern, Farben und Fäden. Eine Anstiftung zum selbstbestimmten Umgang mit Textilien” . Sie geht dabei auch auf Textilsiegel ein – sehr lesenswert! (Kann man HIER kaufen).

Wenn man sich heute für Superwash- oder filzfrei ausgerüstete Garne oder Fasern entscheidet, gibt es durchaus umweltfreundliche und nachhaltige Optionen. Allerdings steht selten auf dem Etikett, mit welchem Verfahren das Garn bearbeitet wurde – dafür braucht es Transparenz von Herstellern und Färbern. Und es braucht Kunden, denen diese Informationen wichtig sind und die sie einfordern.

Literatur

Ulrike Bogdan “Von Fasern, Farben und Fäden. Eine Anstiftung zum selbstbestimmten Umgang mit Textilien”, 2015

David M Lewis, John A. Rippon (Editors): “The Coloration of Wool and other Keratin Fibres” (2013, Wiley, ISBN 978-1-119-96260-1)

Jeffrey E. Plowman et al.: “Differences between ultrastructure and protein composition in straight hair fibres.” Zoology (Jena) 2019 Apr;133:40-53. doi: 10.1016/j.zool.2019.01.002. Epub 2019 Feb 1.

John A. Rippon et al. (2016) WOOL: STRUCTURE, PROPERTIES, AND PROCESSING ( Wiley online 15 May 2016 https://doi.org/10.1002/0471440264.pst402.pub2)

Jiajia Fu et al., “Enzymatic processing of protein-based fibers” Appl Microbiol Biotechnol (2015) 99:10387-10397

Zahn H. et al. “Wool” Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (2012) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim