Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Antimikrobielle Holz-PVC-Compounds

Holz-Polymerwerkstoffe (WPC) erfreuen sich weltweit einer großen Beliebtheit. Giftige und umweltschädliche Stabilisatoren und Biozide werden zunehmend durch schwermetallfreie Alternativen ersetzt, was zwar der Nachfrage nach WPC-Produkten zugutekommt, jedoch mikrobielle Besiedlung und daraus resultierende Schäden begünstigt und damit Produktlebenszeit und Einsatzort einschränkt.

Insbesondere an Orten, an denen sich viele Menschen auf engem Raum aufhalten und Menschen mit teilweise pathogenen und sogar antibiotikaresistenten Keimen (z.B. MRSA) aufeinander treffen, sollte zudem die Weitergabe dieser Keime über Gegenstände wirksam verhindert werden.

Bisherige antimikrobielle Lösungen bei der Raumausstattung sind additiv. D.h. Beschichtungen werden auf vorhandene Materialien aufgebracht. Diese verlieren jedoch mit der Zeit ihre Wirksamkeit durch Abrieb und Abnutzung.

Das Ziel ist es intrinsische Materialien zu entwickeln, die eine antimikrobielle Wirkung aufweisen, die weder über die Zeit, noch durch häufiges Benutzen und Umwelteinflüsse verloren geht. Dabei können die Materialien unterschiedliche Wirkursachen aufweisen: quaternäre Stickstofffunktion, aromatische Strukturen, halogenhaltig, phospho- und sulfo-derivatisiert, natürlich Peptid-mimetisch.

Die biozide Wirkung der Materialien soll durch hydrophobe Polymereigenschaften in Kombination mit positiv geladenen funktionellen Gruppen erreicht werden, um die Zellmembranen von Mikroben nachhaltig zu schädigen. Dabei handelt es sich um kontaktaktive biozide Oberflächen (non-leaching).

KMU der kunststoffverarbeitenden Industrie erhalten mit den zu entwickelnden intrinsisch antimikrobiell-wirksamen Holz-Polymerwerkstoffen die Möglichkeit die Produkteigenschaften zu verbessern und ihre Produktpalette zu erweitern und damit neue Märkte zu erschließen. Medizinische und Pflegeeinrichtungen profitieren von den verbesserten Produkteigenschaften indem ihre Patienten vor der Verbreitung von Infektionen besser geschützt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Vorhabens bestand darin, eine antimikrobielle Ausstattung von Holz-PVC-Compounds durch geeignete, auf dem Markt erhältliche Additive zu erreichen. 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, z. B. Druckfarbe oder Klebstoff, hinweist.

Die verschiedenen Tests hinsichtlich der antibakteriellen und fungiziden Wirksamkeit 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 sowie bei 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.