Antimikrobielle Holz-PVC-Compounds

BMWi IGF 20050 BR | Laufzeit: 04.2018 – 03.2020 Bernd Morgenstern, Maren Lehmann, Kathrin Leppchen-Fröhlich, Isabel Zirnstein, Michael Meyer, FILK Freiberg
  • Categories:
  • Funktionale Schichtsysteme
  • Technische Textilien/Composite

Ausgangssituation

Holz-Polymer-Werkstoffe (WPC) basierend auf Polyvinyl­chlorid (PVC) werden häufig als Terrassen­dielen, Fassaden- und Möbelel­emente verwendet. Je nach Einsatzort kann es bei langfristigem Einsatz der WPCs zu Verfärbung und nachlassender Festigkeit kommen. Die nachteiligen Eigenschafts­veränderungen werden ausgelöst durch mikrobiellen Befall, vor allem von Schimmel­pilzen und deren Ausscheidungs­produkten aus der Verstoff­wechselung von migrierenden Weich­machern oder anderen organischen Additiven. Um eine längere Einsatz­dauer der WPC-Produkte zu ermöglichen und den potentiellen Befall zu reduzieren, werden oft biozid-wirkende Additive zugegeben, die ausbluten und so umwelt- und gesundheitsschädlich sein können.

In einem vorangegangenen Projekt (MF 140064) wurden flexible Holz-PVC-Materialien (WPC-Folien) entwickelt. Diese Materialien sollten im vorliegenden Projekt mit antimikrobiellen Wirkstoffen ausgestattet werden.

Projektziel

Um eine langanhaltende, antimikrobielle Ausstattung der WPC-Folien zu ermöglichen, sollten keine neuartigen Wirkstoffe entwickelt, sondern auf bekannte Substanzen zurück­gegriffen werden, wobei der Fokus auf lang­kettigen und polymeren Verbindungen lag. Von besonderem Interesse waren quartäre Ammonium­verbindungen, die in anderen Anwendungen (z. B. Kosmetika) bereits antimikrobielle Wirksamkeit zeigten.

Lösungsweg

Das Projekt wurde in fünf Abschnitte unterteilt:

  • Auswahl verschiedener Zusätze (Additive und Hölzer) und Vorversuche hinsichtlich der antimikrobiellen Aktivität gegen Bakterien und Schimmelpilze

  • Compoundierung des PVC und der Zusätze sowie Herstellung der WPC-Folien am Walzwerk

  • Bestimmung der antimikrobiellen Aktivität der WPC-Folien

  • Thermische und mechanische Charakterisierung

  • Funktionsnachweis unter Realbedingungen

Ergebnisse

Es wurden unterschiedliche antimikrobielle Zusätze erfolgreich in WPC-Folien auf PVC-Basis eingearbeitet. Auf die Wasser­aufnahme, die thermische Beständig­keit und die mechanischen Eigen­schaften hatten die antimikrobiellen Zusätze im Gegensatz zu den Holz­spänen nur einen geringen Einfluss. Die meisten unter­suchten antimikrobiellen Zusätze haben die Gesamt­ober­flächen­energie der Folien kaum beeinflusst. Allerdings verringerte sich der Wasser-Kontaktwinkel insbesondere bei den Folien mit Farnesol. Diese besaßen einen Kontakt­winkel von unter 80°, was auf eine gute Benetz­barkeit mit polaren Materialien hinweist.

Die verschiedenen Tests der WPC-Folien zeigten, dass Folien mit Farnesol, IPBC/TBZ oder PolyDADMAC mindestens bakterio­statisch und fungi­statisch wirken. IPBC/TBZ und PolyDADMAC migrieren aus der Folie an die Ober­fläche. Das quartäre Polymer (PolyDADMAC) zeigte wie erwartet eine antimikro­bielle Wirkung sogar ohne einen zusätzlichen Aktivierungs­schritt, ist aber aufgrund seiner Migrations­neigung nur bedingt geeignet. Der langkettige Alkohol (Farnesol) zeigte ebenfalls antimikrobielle Eigen­schaften. Hinweise auf ein Heraus­lösen aus der Folie gab es nicht.

Durch das in dem Projekt erarbeitete Know-how wurden Material­kenntnisse und etablierte Verfahren zusammen­geführt. Bei den Verarbeitungs­techniken und den Strategien zur Einarbeitung der antimikro­biellen Zusätze stand stets im Vorder­grund, dass keine bzw. wenige zusätzliche Arbeits­schritte nötig sind und der zusätzliche Arbeits- und Zeitaufwand minimal bleiben. Durch die erstmalige Kombination von Weich-PVC mit antimikrobiellen Polymeren und Holz wurden Wege zur Herstellung neuer, nachhaltiger Produkte erschlossen.

   

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Danksagung

Das IGF-Vorhaben 20050 BR der Forschungs­vereinigung „Forschungs­institut für Leder und Kunststoff­bahnen gGmbH“, Meißner Ring 1 – 5, 09599 Freiberg wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der „Industriellen Gemeinschafts­forschung und -entwicklung (IGF)“ vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.

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