EU - Biosynthex - Smart-fibres mittels Biotechnologie - Oberflächenmodifikation von synthetischen Polymeren

Um Fasern und Gewebe zu Kleidungsstücken und technischen Produkten weiterverarbeiten zu können, müssen die Ausgangsmaterialien einer chemischen Weiterverarbeitung unterzogen werden. Diese Behandlung ist charakterisiert durch hohen materiellen Aufwand, durch drastische Reaktionsbedingungen (z.B. pH- und Temperatur) und den Einsatz von zum Teil sehr giftigen Substanzen, wie zum Beispiel organische Fluorverbindungen, die die Ozonschicht der Atmosphäre zerstören. Mit der chemischen Vorbehandlung der Polymere geht heute auch noch ein enormer Wasserverbrauch einher. Am Institut für Umweltbiotechnologie wurden im Rahmen mehrer internationaler Projekte insgesamt etwa hundert Bakterienstämme isoliert, die in der Lage sind, entweder Polyester, Polyamid 6,6 (Nylon) oder Polyacrylnitril für ihr Wachstum zu nützen. Mikroskopische Untersuchungen zeigten auch eine Veränderung der Polymeroberfläche. Weiters wurden spezielle Techniken zur Quantifizierung der Modifikationen wie Massenspektroskopie, Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie oder FTIR-ATR Spektroskopie entwickelt bzw. adaptiert. Für die Arbeiten an Polyamid 6,6 wurde als Modellsubstrat Adipinsäuredihexylamid, ein dem Trimer analoges Produkt, synthetisiert. An diesem ließen sich die Enzymaktivitäten leicht detektieren, weil im Gegensatz zum Polymer die Spaltprodukte definiert sind und die Adipinsäure als Methylester und das Hexylamin direkt mittels HPLC quantifiziert werden konnten. Die Behandlung von Polyamid mit den neu isolierten „Polyamidasen“ wie zum Beispiel aus dem Bakterium Nocardia farcinica führte zu einer Steigerung der Hydrophilizität dieser Gewebe und erleichtert damit die Weiterverarbeitung wie z.B. das Färben enorm. Weiters kann auf diese Weise funktionelle atmungsaktive Sportbekleidung ohne chemische Finisher hergestellt werden. In gleicher Weise wurden unter Einsatz von Modellsubstraten Enzyme isoliert, die in der Lage sind Polyester (PET, Polyethyleneterephthalat) partiell an der Oberfläche zu hydrolysieren. Die damit verbundene Einführung von Hydroxylgruppen in das Polymer hat positive Auswirkung auf die nachfolgende Beschichtung mittels PVC z.B. zur Erzeugung von Planen. Es konnte eine verbesserte Haftung bzw. Einsparungen toxischer Haftvermittler erzielt werden. Ebenfalls konnte gemeinsam mit industriellen Partnern eine effizientere Bindung von UV-Absorbern und Flammschutzmitteln an enzymbehandelten Polyestergeweben nachgewiesen werden. Aus mehreren neu isolierten Bakterienstämmen wurden Nitrilasen isoliert, die in der Lage sind Nitrilguppen von Polyacrylnitril zu den entsprechenden Säurefunktionen zu hydrolysieren. Auch diese Funktionalisierung eröffnete eine Reihe von neuen Einsatzgebieten für dieses relativ inerte Polymer.