Ziel der Entwicklung

Die natürliche Hanffaser wird zwar für Textilien verwendet, sie ist jedoch auf Grund ihres hohen Titers (Faserfeinheit) von > 50 dtex sehr grob und eignet sich daher nicht für Kleidung, die direkt auf der Haut getragen werden soll. Außerdem stellt Faserhanf (Industriehanf) zwar eine reichhaltige Quelle für Cannabinoide dar, die Gehalte in den für Fasern relevanten Pflanzenteilen Stamm, Stängel, Blätter liegen im ppm-Bereich (50-200 ppm). Für eine Anwendung auf der Haut sind jedoch CBD-Gehalte im Prozentbereich notwendig, wie sie in Hanfölen gängig sind.
Zielführender ist die Herstellung von baumwollähnlichen Fasern mit Feinheiten von 1-3 dtex, welche für Textilien mit hohem Tragekomfort, auch direkt auf der Haut, z. B. als Unterwäsche, verwendet werden können. Werden diese Fasern während der Herstellung mit höheren Anteilen an CBD modifiziert, können funktionelle Textilien mit hohem Tragekomfort und kosmetischer Wirkung hergestellt werden. Somit ist die Inkorporierung von CBD in eine textile Faser mit dem Ziel eines permanenten Transfers vom Textil auf die Haut aus den dargestellten Erkenntnissen folgerichtig.
Im Allgemeinen dominiert bei der Modifizierung von textilen Fasern die Behandlung der Fasern oder eines Textils mit einer Lösung oder Emulsion. Dies ist für CBD auch beschrieben (Zimniewska et al. Bioactive Hemp Clothing Modified with Cannabidiol [CBD] Cannabis sativa L. Extract. Materials 2021, 14, 6031.). Hier muss jedoch festgestellt werden, dass eine permanente Wirkung über die textile Kette und mehrmaligen Gebrauch (Haushaltswäschen) nicht erwartet werden kann. Gerade die mechanische Beanspruchung während der Garn- und Flächenbildung sowie die Anwendung hoher Temperaturen, hoher pH-Werte, reaktiver Chemikalien während des Bleichens, der Färbung und der Veredlung können zu starken Verlusten des Wirkstoffs führen. Zudem ist die anfängliche Konzentration des Wirkstoffs sehr hoch, was bei der Herstellung der Faser oder des Textils nachteilig ist sowie die Ökonomie des Verfahrens verschlechtert.
Weiterhin ist die Verwendung von verkapselten Wirkstoffen eine Methode, um synthetische und auch Viskosefasern intrinsisch oder oberflächlich zu funktionalisieren. EP4123070A1 beschreibt die Verwendung von natürlichen Hanffasern für die Herstellung von Garnen (83 tex) und daraus hergestellten Geweben. Diese werden mit einer 0,5 – 3%-igen Lösung von CBD-Kapseln besprüht oder foulardiert.
Weiterhin gab es Aktivitäten eines Faserherstellers (Fa. Acabada/USA), in einer Polymermatrix verkapseltes CBD auf ein Polyamidgewebe aufzubringen, vorwiegend eingesetzt in Sportbekleidung. Der Hersteller ist mittlerweile nicht mehr aktiv. Eine Patentschrift existiert nicht.
Die beschriebenen Methoden der oberflächlichen Modifizierung führen zu keiner langanhaltenden und permanenten Funktion der Faser bzw. des Textils. Textile Verarbeitungsschritte wie Färben und Veredeln sowie mehrmaliges Waschen und Tragen führen zu einem schnellen Funktionsverlust.
Diese negativen Eigenschaften galt es mit der innovativen neu entwickelten CBD-Faser zu überwinden.

Vorteile und Lösungen

Im Vergleich zum Stand der Technik wird das CBD nicht oberflächlich aufgebracht, sondern in die innere Matrix der Faser integriert. Dieses CBD-Depot befindet sich zu ca. 99% in der Faser, über den gesamten Querschnitt verteilt. Nur ein sehr geringer Anteil des CBD (« 1%) ist auf der Faseroberfläche gebunden. Das Depot in der Faser sorgt durch Migration des Wirkstoffs durch die Cellulosematrix ständig für einen Nachschub des Wirkstoffs zur Oberfläche. Die beschriebene Depot/Release – Funktion ist über die gesamte Lebenszeit des Textils gegeben. Dies ist der entscheidende Unterschied zum derzeitigen Stand der Technik.
Für die Herstellung der Fasern wurden CBD als pulverförmiges Isolat zusammen mit einem Paraffinwachs direkt in der Spinnlösung dispergiert. Es konnten Lyocell-Fasern mit hohen Anteilen an CBD (7 – 9 %), feinverteilt über den gesamten Faserquerschnitt, hergestellt werden. Die Konzentrationen von ≥ 7 % CBD in der Faser gestatten die Abmischung der Fasern mit anderen cellulosischen und/oder synthetischen Fasern für die Garn- und Flächenherstellung. Es steht noch ausreichend CBD zur Verfügung, welches eine textile Weiterverarbeitung und einen zielgerichteten Transfer vom Textil auf und in die Haut gewährleistet. Die feste Einbindung und Aufrechterhaltung des Wirkstoff-Depots konnte durch Waschversuche mit den hergestellten Gestricken bestätigt werden. Nach 50 Standardwäschen bei 40°C sind noch ca. 40 % des CBD im Vergleich zum Ausgangswert in der Faser vorhanden. Die beschriebene Depot/Release – Funktion ist über die gesamte Lebenszeit des Textils gegeben. Dies ist der entscheidende Unterschied zum derzeitigen Stand der Technik.
Die Fasern besitzen Feinheiten bis zu 1,7 dtex und Festigkeiten ≥ 25 cN/tex. In ersten Ausspinnversuchen konnten Garnfeinheiten bis zu NM 85 erreicht werden.
Neben CBD wurden die Fasern und Garne auf den Gehalt an THC analysiert, um eine durchgehende Transparenz von der Faser bis zum Textil abzusichern. Auf Grund der verfahrensbedingten, festen Einbindung des CBD in die Faser, musste eine geeignete, aber schonende Extraktionsmethode entwickelt werden, die das Agens nahezu vollständig aus der Cellulosematrix extrahieren lässt. Die gemessenen Gehalte an THC lagen in allen Fertigungsstufen unterhalb der jeweiligen Bestimmungsgrenze, d. h. die Vorgabe von < 0,2% THC konnte sicher eingehalten werden.
Weiterhin wurde die CBD-Faser auf ihre antioxidative Kapazität untersucht. Im Vergleich zur reinen Lyocell-Faser konnte eine sehr gute antioxidative Wirkung nachgewiesen werden. Damit entfaltet das CBD, auch in einer Cellulose-Matrix eingebettet, seine Leistung als Antioxidans.
Die hergestellten Fasern und Garne bildeten die Grundlage für die Entwicklung von sehr leichten Textilien für den Freizeit-, Sport- und Unterwäschebereich, mit hohen Ansprüchen an Weichheit und Komfort, aber auch Strapazierfähigkeit. Für die Entwicklung und Fertigung von endkonturnaher, körpernah getragener Bekleidung wurde das innovative body mapping mittels Seamless-Technologie für die gezielte Platzierung von Bindestrukturen genutzt. Dabei wurden die CBD-Garne so aufplattiert, dass sie auf der linken Warenseite (innen) liegen und damit auf der Haut wirken können. Das stabilisierende Garn liegt auf der rechten Warenseite (Außenseite), welches die Haut nicht berührt, aber die Festigkeit in das Textil bringt.
Kosmetische cellulosische Fasern, hergestellt mittels Cell Solution®-Technologie, besitzen für einen Release des Wirkstoffs einen deutlichen Vorteil gegenüber synthetischen Fasern. Mittels Martindale-Tests wurde der CBD-Transfer der Seamless-Gestricke auf eine Kunsthaut analysiert. Es konnte für die plattierten Seamless-Gestricke ein Wert von 0,7 mg/m2 nachgewiesen werden. Zur Beurteilung der Wirkungsweise des CBD-Textils ist der Zeitfaktor nicht zu vergessen: T-Shirts oder Unterhemden werden über mehrere Stunden getragen. Durch den permanenten Release steht das CBD immer zur Verfügung und kann sich so in den oberen Hautschichten akkumulieren.
Es wurden erste Prototypen (T-Shirt, Leggings) designt, in denen das CBD-Garn in den Kleidungsstücken strategisch so platziert wurde, dass es sich an den Muskelgruppen ausrichtet.
Das Verfahren zur Herstellung der Faser ist zum Patent angemeldet.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Trend, gutes Aussehen durch ein gesünderes und natürlicheres Leben zu unterstützen, lässt nicht nur den Markt für funktionalisierte Textilien rasant wachsen. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Naturfasern auf Grund ihrer angenehmen Trageeigenschaften - verbunden mit dem Wunsch, Produkte natürlichen Ursprungs zu verwenden. Es besteht eine immer stärkere Wahrnehmung der Auswirkungen der Bekleidungsindustrie auf Umwelt und Klima.
Als cradle-to-cradle-Faser („vom Ursprung zum Ursprung“) trifft insbesondere Lyocell auf die immer stärker nachgefragten Eigenschaften der Bekleidungsindustrie zur Nachhaltigkeit: natürliche Rohstoffe und biologische Abbaubarkeit. Als physikalischer Löseprozess ohne chemische Derivatisierung in konsequenter Kreislaufführung mit bis zu 99%-iger Lösemittelrückgewinnung erzeugt der Lyocell-Prozess eine Faser der neuesten Generation.
Zur Einschätzung des globalen Marktpotenzials ist gegenwärtig Folgendes festzustellen: Während in Asien die Produktionskapazitäten für Commodities (homogene Handelswaren) weiter zunehmen, konzentrieren sich europäische und deutsche Produzenten auf Spezial- und Hochleistungsfasern. Entwicklungen im Bereich der Funktions- und Spezialfasern werden durch steigende Anforderungen europäischer und deutscher Textilhersteller hinsichtlich Funktionalität und Nachhaltigkeit getrieben. Für die Realisierung textiler Innovationen spielt die Auswahl des Fasermaterials eine wichtige Rolle. Insbesondere die europäische Textilindustrie sucht deshalb kontinuierlich neuartige Materialien und Funktionen, um auch in Zukunft mit neuartigen textilen Produkten wettbewerbsfähig zu sein. So zeigt sich im Markt trotz hoher Preise für die eingeführten Funktionsfasern ein ungebrochenes Interesse an diesen Fasern über die gesamte textile Kette bis zu den Finalproduzenten, bieten diese doch Möglichkeiten von Produktgestaltungen mit Alleinstellungsmerkmalen.
Perspektivisch besteht eine große Marktchance hinsichtlich der Lieferketten und Lieferbedingungen unter Berücksichtigung der jüngsten weltpolitischen Ereignisse. Es ist davon auszugehen, dass sich die globale Logistik mehr in Richtung Zuverlässigkeit und kurze Wege entwickeln wird. Da die europäische Wirtschaft in den letzten zwei Jahrzehnten eine immer deutlichere Abhängigkeit von Lieferketten aus Fernost und Nord- und Südamerika eingegangen ist, und in der gegenwärtigen Situation verstärkt unter dem Zusammenbrechen dieser leidet, ist von einer Gegenbewegung auszugehen.
Der globale Markt für technische Textilien wächst von 213,8 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 284,0 Milliarden US-Dollar im Jahr 2029 [https://greyb.com/industry-insights/what-are-the-recent-developments-in-cosmetotextiles/]. Feuchtigkeitsableitende Textilien, ein wichtiges Segment der Kosmetiktextilien, verzeichnen dabei ein Wachstum von 2,82 Milliarden US-Dollar auf 3,86 Milliarden US-Dollar. Zu den wichtigsten Wachstumstreibern zählen:
•Gesteigertes Gesundheitsbewusstsein nach der Pandemie: Die erhöhte Nachfrage nach multifunktionalen Textilien steigt.
•Wachstum des Athleisure-Marktes: Die zunehmende Verbindung von Funktionsbekleidung und kosmetischen Eigenschaften. (Athleisure = athletic + leisure wear/sportliche Freizeitbekleidung)
•Nachfrage nach umweltfreundlichen Produkten: Verbraucher bevorzugen nachhaltige und biologisch abbaubare Lösungen.
•Nachfrage nach multifunktionalen Textilien: Die Integration kosmetischer Vorteile in die traditionelle Funktionalität von Textilien.
Für mehr Wohlbefinden und höheren Komfort legen immer mehr Verbraucher besonders großen Wert auf passende Bekleidung. Zu vielerlei Anlässen, ob beim Sport, im Urlaub oder unterschiedlichen Freizeitaktivitäten, wird Funktionsbekleidung immer stärker nachgefragt. Neben Eigenschaften wie wind- und wasserdicht oder feuchtigkeitsaufnehmend wird das Tragen von hautfreundlicher Bekleidung immer interessanter. Dabei spielen das Tragegefühl, aber auch hautschonende und hautregenerierende Wirkungen eine wichtige Rolle. Dies wird mit Textilien erreicht, die Fasern mit integrierten Wirkstoffen wie nativen Ölen, Vitaminen, Mineralien und eben auch CBD enthalten.
Nach der anfänglichen Herstellung von Prototypen ist geplant, eine Produktion im Pilotanlagenstatus und eine Vermarktung der Produkte aufzubauen. Um Kunden der gesamten textilen Kette zu erreichen, ist eine gemeinsame Vermarktungsstrategie u. a. mit der NOON GmbH und weiteren europäischen und internationalen Partnern anvisiert, die die CBD-Garne zu textilen Flächen verarbeiten und veredeln. Der Kundenkreis kommt vorrangig aus den Bereichen Fashion, Sportive, Medizin und Automobil.