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11.01.2018

Biologisch abbaubare Mikroplastik-Alternativen

Fraunhofer IMWS testet Cellulosepartikel in Kosmetikartikeln

Nach wie vor wird in kosmetischen Pflegeprodukten Mikroplastik eingesetzt, obwohl die umweltschädigenden Folgen hinlänglich bekannt sind. Winzige Plastikpartikel aus Peelings und anderen Hautpflegeprodukten gelangen über die Abwassersysteme ins Meer und schließlich in unsere Nahrungskette. In einem Forschungsprojekt hat das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS gemeinsam mit Partnern Materialien getestet, die Mikroplastik in Kosmetikprodukten ersetzen können und biologisch abbaubar sind.

Als „sanfte Abrasiva (Schleifmittel)“ entfernen kleinste Kunststoffteilchen, beispielsweise aus Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), durch Reibung abgestorbene Hautschuppen und regen die Durchblutung der Haut an. Wegen ihrer chemischen Beständigkeit und ihrer Farb-, Geruchs- sowie Geschmacklosigkeit werden sie darüber hinaus auch häufig als Stabilisatoren und Füllmittel eingesetzt. PE und PP sind jedoch biologisch nicht abbaubar und wegen der geringen Partikelgröße von weniger als 5 mm kann das mit Kosmetika ins Abwasser gelangte Mikroplastik in Kläranlagen nicht ausreichend entfernt werden. Damit gelangt es in die Umwelt und in unsere Gewässer. Im Meer werden die Mikroplastikpartikel von Lebewesen aufgenommen und gelangen so schlussendlich in unsere Nahrungskette. Viele Kosmetik-Hersteller haben daher angekündigt, auf den Einsatz von Mikroplastik zu verzichten und stattdessen in Zukunft geeignete Alternativen einzusetzen.

REM-Aufnahme von Cellulosepartikeln aus Buchenholz, die in verschiedene Pflegeprodukte eingearbeitet wurden (© Foto Fraunhofer IMWS)

Forschungsprojekt KosLigCel

Mit dem jetzt abgeschlossenen Forschungsprojekt „KosLigCel“ im Rahmen des Spitzenclusters BioEconomy leistet das Fraunhofer IMWS einen Beitrag dazu. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt wurden gemeinsam mit der CFF GmbH, einem Zellstoffverarbeiter aus Gehren in Thüringen, sowie der Skinomics GmbH aus Halle (Saale), die hauptsächlich für galenische und dermatologische Untersuchung der Produkte zuständig ist, erfolgreich Alternativen aus biologisch abbaubaren Materialien entwickelt und getestet.

Im Cluster BioEconomy, der seit 2012 Spitzencluster des Bundesministeriums für Bildung und Forschung ist, arbeiten Partner aus Industrie und Forschung in Mitteldeutschland an den Grundlagen der stofflichen und energetischen Nutzung von Non-Food-Biomasse. Der Spitzencluster BioEconomy verbindet die für die Bioökonomie relevanten Industriebereiche wie die chemische Industrie, die Papier- und Zellstoffindustrie, die Land- und Forstwirtschaft, die Energiewirtschaft sowie den Maschinen- und Anlagenbau in Mitteldeutschland und bildet erstmals die gesamte Innovations- und Wertschöpfungskette branchenübergreifend ab.

Das Ziel war eine kostengünstige Herstellung biologisch abbaubarer Cellulosepartikel aus Buchenholz, Hafer, Weizen und Mais, die die Anforderungen an Abrasivität und Reinigungsleistung in Zahn- und Hautpflege-Produkten erfüllen. Konkret wurden Alternativen für Körperpeelings und Zahncremes getestet. Die besondere Herausforderung lag darin, die Cellulosepartikel so zu designen, dass ihre Größe, Form, Härte sowie Oberflächenstruktur zu den gewünschten Produkteigenschaften führt. Dazu wurde Cellulose aus Buchenholz speziell modifiziert und der Optimierungsprozess durch Mikrostrukturanalytik am Fraunhofer IMWS begleitet.

Wirksam und zukunftsfähig

Fotografische Abbildung der Zahnschmelzproben im Ausgangszustand, nach Verfärbung und nach der Reinigung. Die Reinigung der Proben erfolgte mit einer Cellulose-haltigen Zahnpasta (© Foto Fraunhofer IMWS)

„Wir haben nach zweijähriger Forschungsarbeit mit den Projektpartnern sehr gute Ergebnisse erzielt: eine Testzahnpasta mit den optimierten Buchenholz-Cellulosepartikeln zeichnet sich durch eine geringe Abrasionswirkung, aber dennoch gute Reinigungsleistung aus“, sagt Dr. Sandra Sarembe, Projektkoordinatorin am Fraunhofer IMWS. Die biologisch abbaubaren Partikel in der Zahnpasta dienen der mechanischen Entfernung von bakterieller Plaque, Zahnverfärbungen und Essensrückständen, dabei dürfen sie den Zahnschmelz allerdings nicht beschädigen. „Bei der Materialcharakterisierung mehrerer Cellulose-Typen haben wir durchweg positive Daten erhoben. Dies gilt auch für den Einsatz dieser Stoffe in Waschpeelings und anderen Hautkosmetika“, sagt Sarembe weiter.

Das Forscherteam konnte materialwissenschaftlich bestätigen, dass Cellulose-Partikel in Kosmetikprodukten als Ersatz für Polyethylen vergleichbare Wirkung zeigen. Zudem sind sie im Wasser biologisch abbaubar und können kostengünstig hergestellt werden. Auch als Füllstoff in Aluminium-freien Deodorants kommen die Cellulose-Partikel infrage. Die gewonnen Ergebnisse können zukünftig auch für die Entwicklung in anderen Kosmetikbereichen wie etwa in der dekorativen Kosmetik für Mascara, Puder oder Lippenstift dienen. (Red)




Unternehmensinformation

Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Walter-Hülse-Straße 1
DE 06120 Halle

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