Das Projekt "Teilvorhaben 5: Gewinnung von Farbstoffen durch waessrige Extraktion -" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Umweltforschung Schlieben durchgeführt. Gegenstand des Verbundvorhabens waren veredelungstechnologische und umweltrelevante Untersuchungen zur Applikation von Farbstoffkonzentraten aus den einheimischen Färberpflanzen Färberwau, Kanadische Goldrute, Färberkamille, Krapp und Färberknöterich auf Cellulosefasern (Baumwolle, Leinen, Viskosefasern) und Proteinfasern (Wolle). Aus den verschiedenen Pflanzenteilen sollten Farbstoffextrakte gewonnen und mit Hilfe von Membrantrennverfahren und enzymatischen Prozessen gereinigt werden. Auf den Einsatz toxischer Substanzen, wie Chromverbindungen, sollte dabei weitestgehend verzichtet werden. Mit den gewonnenen Extrakten sollten Färbeversuche durchgeführt werden. Dabei sollten die Gebrauchseigenschaften (z.B. Naßechtheit und Lichtbeständigkeit), die Umweltverträglichkeit (Humantoxizität, Prozeßwasserbelastung) und die wesentlichen Verfahrensparameter (Reproduzierbarkeit, Lagerungsstabilität etc.) analysiert und bewertet werden. Die Ergebnisse der Extraktherstellung und Färbung im Labormaßstab sollten mit Hilfe der einschlägigen DIN-Normen ausgewertet und allen interessierten Textilunternehmen zur Verfügung gestellt werden. Aufgabe dieses Teilprojektes war die Untersuchung der wäßrigen Extraktion von Färberpflanzen und die Stabilisierung der Extrakte als wasserlösliches Pulver. Dabei sollte auch die Verwendbarkeit der erheblichen Mengen von Pflanzenresten und die Behandlung von Prozeßabwässern untersucht werden. Aufgaben der anderen Partner waren die Produktion und Bereitstellung von pflanzlichem Ausgangsmaterial, die Untersuchung anderer Extraktionsmethoden, die Entwicklung von Technologien zur Protein- und Cellulosefaserfärbung sowie die industrielle Erprobung und Optimierung der Verfahren.Nachdem sich die Versuche anfänglich auf die gelbfärbenden Arten, Reseda, Goldrute und Färberhundskamille konzentrierten, wurden ab 1999 Untersuchungen zur Extraktion von Krapp mit dem klassischen Lösungsmittel Wasser durchgeführt. Insbesondere wurden Versuche zur Optimierung der Extraktionsparameter (Temperatur, pH-Wert, Zeit, Zerkleinerungsgrad des Pflanzenmaterials, Vorextraktion zur Abfilterung der unerwünschten Stoffe u.s.w.) durchgeführt. Besonders die Vorextraktion bei Raumtemperatur ergab deutliche Verbesserungen der Färbungen mit Reseda, da durch dieses Verfahren erhebliche Mengen an unerwünschten Begleitstoffen ausgeschaltet werden konnten. Versuche zur Überführung der Laborergebnisse in den Technikumsmaßstab wurden in Kooperation mit der Fachhochschule Wildau durchgeführt. Dabei wurden in mehrstufigen Verfahren sehr gute Ausbeuten erzielt. Die Konservierung der Extrakte mittels Sprühtrocknung erwies sich als relativ unproblematisch. Bei der Lagerung ist jedoch das hygroskopische Verhalten der Farbpulver zu beachten. Eine Aufbewahrung in sorgfältig verschlossenen Gefäßen ist unerlässlich. Als problematisch erwies sich, dass Analysewerte (z.B. Farbstoffgehalt im Extrakt) häufig nicht mit den Färbeergebnissen korrelierten.
Das Projekt "Teilvorhaben 6: Erprobung und Optimierung verfahrenstechnischer Varianten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NIG Nahrungs-Ingenieurtechnik GmbH durchgeführt. Gegenstand des Verbundvorhabens waren veredelungstechnologische und umweltrelevante Untersuchungen zur Applikation von Farbstoffkonzentraten aus den einheimischen Färberpflanzen Färberwau, Kanadische Goldrute, Färberkamille, Krapp und Färberknöterich auf Cellulosefasern (Baumwolle, Leinen, Viskosefasern) und Proteinfasern (Wolle). Aus den verschiedenen Pflanzenteilen sollten Farbstoffextrakte gewonnen werden, die mit Hilfe von Membrantrennverfahren und enzymatischen Prozessen gereinigt werden. Auf den Einsatz giftiger Verbindungen wie Chromverbindungen sollte dabei weitestgehend verzichtet werden. Mit den gewonnenen Extrakten sollten Färbeversuche durchgeführt werden. Dabei sollten die Gebrauchseigenschaften (z.B. Naßechtheit und Lichtbeständigkeit), die Umweltverträglichkeit (Humantoxizität, Prozeßwasserbelastung) und die wesentlichen Verfahrensparameter (Reproduzierbarkeit, Lagerungsstabilität etc.) analysiert und bewertet werden. Die Ergebnisse der Extraktherstellung und Färbung im Labormaßstab sollten mit Hilfe der einschlägigen DIN-Normen ausgewertet und allen interessierten Textilunternehmen zur Verfügung gestellt werden. Aufgabe dieses Teilprojektes war die industrielle Erprobung, Bewertung und Optimierung der verfahrenstechnischen Varianten zur Rohstoffaufbereitung, Farbstoffextraktion, -aufbereitung, -konzentrierung und -trocknung. Aufgaben der anderen Partner waren die Produktion und Bereitstellung von pflanzlichem Ausgangsmaterial, die Untersuchung und Entwicklung verschiedener Extraktionsmethoden sowie von Technologien zur Protein- und Cellulosefaserfärbung.Im Rahmen von Versuchen zum Einfluss des Zerkleinerungsgrades der pflanzlichen Rohstoffe auf den Extraktionsverlauf konnte nachgewiesen werden, dass sich ein feines Vermahlen der Rohstoffe bei Reseda, Kamille und Krapp positiv auf den Farbstoffgehalt auswirkt und die Extraktionszeit entscheidend verkürzt. Als wichtiges Kriterium erwies sich auch die Optimierung der Reinigung der Krappwurzeln im Bereich der landwirtschaftlichen Produktion. Aus der Lösung dieses Problems in der Erstverarbeitung resultierten erhebliche Verbesserungen der Extrakteigenschaften. Versuche zur Vorextraktion mit verschiedenen Enzymen aus der Lebensmitteltechnologie ergaben keine verwertbaren Ergebnisse. Positive Ergebnisse zeigten hingegen insbesondere Variationen des Extraktionsmittels. Dabei erwiesen sich alkoholische Lösungsmittel als besonders vorteilhaft. Die Extraktionsverfahren wurden hinsichtlich Extraktionszeit und -temperatur für die einzelnen Pflanzen optimiert. Dabei wurde angestrebt, unerwünschte Begleitsubstanzen und Feststoffe zu minimieren und damit die Maschinengängigkeit zu verbessern. In den Färbeversuchen bei den Partnern, STFI und TITV, besonders aber auch in industriellen Praxistests zeigten sich diese Extrakte dann auch deutlich gegenüber klassischen wässrigen Extrakten im Vorteil.