Ausgangssituation
Polyethylenterephthalat (PET) findet in fast allen Lebensbereichen Verwendung. Darum werden an die aus diesem Material hergestellten Produkte hohe Anforderungen gestellt. Im Lebensmittel- und Textilbereich existieren u. a. auch hohe Ansprüche an antimikrobielle Oberflächeneigenschaften. Keime und Bakterien führen zum Verderb der Lebensmittel, können unangenehme Gerüche verursachen oder Infektionskrankheiten hervorrufen. Antimikrobielle, abriebfeste Beschichtungen, die unerwünschte Mikroorganismen zuverlässig und langfristig inhibieren und gleichzeitig das Anlagern neuer Keime verhindern, sind deshalb wünschenswert.
Projektziel
Ziel des Projektes war es, die Oberfläche von Polymerfolien und -vliesen aus PET mit einem innovativen Applikationsverfahren antimikrobiell auszurüsten. Hierfür wurde das sogenannte Aerosol-Plasmaverfahren bei Atmosphärendruck eingesetzt (Abb. 1). In einem einstufigen Behandlungsschritt sollte mit weitaus dünneren Schichten als bisher üblich (50 μm) eine antimikrobielle Wirksamkeit erreicht werden.
Lösungsweg
Zur besseren Anbindung der Wirkmittelsysteme an die Materialoberflächen wurden diese einer Vorbehandlung (Dielektrische Barrierenentladung, Gasphasenfluorierung) unterzogen. Die Abscheidung der wasserbasierenden Wirkstofflösungen erfolgte mittels Aerosolabscheidung sowie Sprüh-/Tauchbeschichtung (Referenzschichten). Anschließend wurden die hergestellten Schichten auf ihre antibakterielle (ISO 22196:2011, eingesetzter Organismus: Pseudomonas fluoreszenz) und ihre antimykotische Wirksamkeit (ASTM D 4576-86, eingesetzte Schimmelpilze: Aspergillus tamariiPenicillium pinophilum
Abb. 1: Anlage AS COATING STAR (Fa. Ahlbrandt) zur Dielektrischen Barrierenentladung mit Aerosolzuführung
Abb. 2: REM-Aufnahme einer PET-Oberfläche mit Aerosol-Plasmabeschichtung (Wirkmittel: Chlorhexidin)
Ergebnisse
Durch Screening verschiedener antimikrobieller Wirkstoffsysteme konnte die Auswahl am Markt befindlicher Systeme eingeschränkt werden. Für die vorgegebenen Anforderungen eignen sich besonders Chlorhexidinbis(D-Gluconat), Octenidin und Methyl isothiazolinon-Benzisothiazolinon (MIT/BIT), wobei nur letzteres gegen die verwendeten Schimmelpilze wirksam ist. Der Auftrag dieser Wirkstofflösungen erfolgte auf die mittels DBE und Gasphasenfluorierung aktivierten PET-Oberflächen. Die Referenzschichten (mit allen Wirkmitteln), deren Dicke im μm-Bereich lag, zeigten dabei gute antibakterielle und bei MIT/BIT zusätzlich gute antimykotische Eigenschaften. Diese Wirksamkeit bleibt auch nach einem Waschprozess (Ultraschallbad mit Ethanol) und anschließender Lagerung in temperiertem Wasser (60 °C) erhalten. Bei der Abscheidung mittels Aerosolverfahren konnte mit Hilfe von REM-Aufnahmen festgestellt werden, dass sich die Wirkstoffe nur als kleine, einzelne Tröpfchen auf der Materialoberfläche ablagern, aber keine geschlossenen Filme ausbilden. Zusätzlich weisen diese Proben keinerlei antimykotische Wirksamkeit auf. Für die Mittel Octenisept und MIT/BIT konnte jedoch eine leichte antibakterielle Wirksamkeit festgestellt werden, die auch nach 6 Monaten Lagerung noch vorhanden war (leichte Reduktion der koloniebildenden Einheiten). Allerdings ist die abgeschiedene Menge an Wirkstofflösung vermutlich zu gering, um eine effektive antimikrobielle Wirkung zu erzielen.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 18488 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.