14.03.2013

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Fraunhofer UMSICHT: Mit Kohlendioxid zu bakterienfreien Kunststoffoberflächen

Bakterien tummeln sich an Orten wie beispielsweise Türklinken, das ist keine Neuheit. Neu ist, dass man solche Oberflächen mit Nanosilber nachträglich behandeln und somit gegen Bakterien beständig machen kann, berichtet Fraunhofer UMSICHT. Das Institut forscht aktuell an einem Verfahren, mit dem sich polymere Oberflächen durch überkritisches Kohlendioxid oberflächennah imprägnieren lassen.

Kunststoffe werden normalerweise gefärbt, mit Additiven versehen und funktionalisiert, damit sie für jede Anwendung die besten Eigenschaften erzielen. Diese Compoundierung von Kunststoffbauteilen wird bei hohen Temperaturen durchgeführt - dadurch ist jedoch die Verwendung von wärmeempfindlichen Stoffen wie Pharmazeutika nicht möglich. Sie würden den hohen Temperaturen nicht Stand halten. Darüber hinaus ist bei vielen Kunststoffen eine Beschichtung der Oberfläche erforderlich.

Einen neuen Ansatz verfolgen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen: Sie kombinieren die Vorteile von Compoundierung und Oberflächenbeschichtung, um Kunststoffe mit überkritischem Kohlendioxid zu imprägnieren. "Wir pumpen flüssiges Kohlendioxid in einen Hochdruckbehälter mit den zu imprägnierenden Kunststoffteilen und erhöhen Temperatur und Druck so lange, bis das Gas den überkritischen Zustand erreicht. Anschließend steigern wir den Druck. Teilweise lösen sich Additive, wie Farbstoffe oder pharmazeutische Substanzen, vollständig im Kohelndioxid auf und diffundieren zusammen mit dem Gas in den Kunststoff. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten", erläutert Manfred Renner, Abteilungsleiter Leder- und Hochdrucktechnik. In Oberflächen wie Türgriffen können auf diese Weise nach dem Herstellungsprozess nanoskalige Silberpartikel oberflächennah und materialeffizient eingebracht werden, wodurch die Vermehrung von Bakterien gestoppt werden soll. Mit der neuen Imprägniermethode lassen sich den Angaben zufolge anders als bei der Compoundierung auch wärmeempfindliche Stoffe wie Pharmazeutika einbringen. Gleichzeitig würden Imprägnate wie Pigmente, Nanopartikel oder UV-Stabilisatoren eingespart und dort angereichert, wo sie wirksam sind - in der Nähe der Oberfläche. Kratzer können diese Form der Imprägnierung nicht beeinträchtigen.

Umweltschonendes Imprägnieren mit überkritischem CO2
Während der Imprägnierung hat das überkritische Kohlendioxid zwei Aufgaben: Es öffnet die polymere Struktur und ermöglicht so einen Stofftransport in die Oberfläche. Außerdem kann es bereits gelöste Additive enthalten und diese zum Zeitpunkt der Druckentspannung in die Polymeroberfläche abscheiden. Das Verfahren birgt laut UMSICHT großes Potential, denn Kohlendioxid sei nicht brennbar, nicht toxisch und kostengünstig. Es zeige zwar ein lösemittelähnliches Verhalten, habe aber nicht die Nebenwirkungen der gesundheits- und umweltschädigenden Lösemittel, die beispielsweise beim Lackieren verwendet werden. "Mit unserer Methode lassen sich hochwertige Kunststoffbauteile und Lifestyle-Produkte wie Handyschalen kundenspezifisch ändern. Farbe, Additive und Wirkstoffe werden ohne den Einsatz von aggressiven Lösemitteln umweltschonend weit unterhalb der Schmelztemperatur in oberflächennahe Schichten eingebracht", erklärt Manfred Renner.

Ob Türklinken, automobile Bedienelemente oder andere Oberflächen, die von vielen verschiedenen Nutzern berührt werden, könnte die Methode für eine Vielzahl Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen interessant sein.

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