Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Textile Redoxsensoren zum Online-Monitoring und zur Regelung der Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies in chemothermischen Desinfektionsverfahren

Textilien aus hygienisch anspruchsvollen Bereichen werden überwiegend in chemothermischen Desinfektionsverfahren aufbereitet. Nach Erreichen der vorgeschriebenen Temperatur erfolgt eine einmalige Dosierung hoher Konzentrationen von Peroxoverbindungen, die einer schnellen thermischen Aktivierung unterliegen und zur Bildung hoher Spitzenkonzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies führen. Reaktive Sauerstoffspezies verursachen Textilschädigung.

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist es, eine in situ-Erfassung der Konzentration reaktiver Sauerstoffspezies und eine Online-Datenübertragung während des Desinfektionsprozesses mittels passiver RFID-Technik zu realisieren und somit eine bedarfsgerechte Dosierung der Peroxoverbindungen zu ermöglichen: Dazu werden textile Redoxsensoren entwickelt, die aus einem redoxsensitiven Areal und einem textilbasierten RFID-Transponder bestehen. Bei dem redoxsensitiven Areal handelt es sich um speziell entwickelte redoxsensitive Polymernetzwerke, die eine Trägermatrix (z. B. Baumwollgewebe) ummanteln. Auf dem textilbasierten RFID-Transponder befinden sich ein RFID-Modul und eine Transponderantenne sowie Elektroden zur Fixierung und Kontaktierung des redoxsensitiven Areals. Ferner werden Messverfahren auf Basis von Impedanzmessungen inkl. Auswertealgorithmen sowie das RFID-Modul entwickelt. Durch computerbasierte Simulation wird eine Kopplungsmethode ermittelt, die einen Energie- und Datentransfer durch die wässrige Flotte und das Maschinengehäuse erlaubt.

Den ca. 2.300 textilen Dienstleistern (vorwiegend KMU) wird durch die Projektergebnisse ein innovatives Verfahren zur Regelung der Konzentration von Peroxoverbindungen während des Desinfektionsprozesses zur Verfügung gestellt. Somit lässt sich die Konzentration an reaktiven Sauerstoffspezies im Wäscheposten auf einem zur Desinfektion ausreichenden aber konstant niedrigen Niveau halten. Durch die erzielte Erhöhung der Textillebensdauer ergeben sich Einsparungen von über 7 Mio. €/a.

Die gesellschaftlichen Ziele der Ressourceneffizienz werden unterstützt und positiv beeinflusst.

Es dürften auch neue Geschäftsfelder entstehen, anfangs durch den erhöhten Beratungsbedarf, später durch die effiziente und zielgerichtete Steuerung von Waschprozessen aller Art.

Ergebniszusammenfassung:

Zur Gewährleistung einer sachgerechten Hygiene werden Textilien aus hygienisch anspruchsvollen Bereichen überwiegend in chemothermischen Desinfektionsverfahren gewaschen. Nach Erreichen der vorgeschriebenen Temperatur (oftmals 60 °C) erfolgt eine einmalige Dosierung hoher Konzentrationen von Peroxoverbindungen, die einer schnellen thermischen Aktivierung unterliegen und zur Bildung hoher Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies führen. Reaktive Sauerstoffspezies bewirken eine Textilschädigung.

Vor diesem Hintergrund wurden in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen textile Redoxsensoren entwickelt, die aus einem redoxsensitiven Areal und einem RFID-Transponder bestehen. Bei dem redoxsensitiven Messareal handelt es sich um ein textiles Trägermaterial (Baumwollgewebe), in dem Edelstahldrähte als Elektroden eingearbeitet sind und auf dem sich ein Polymernetzwerk mit redoxsensitiven Einheiten befindet. Als redoxsensitives Polymer wurde acryliertes Polypropylensulfid auf das Messareal appliziert und UV-vernetzt. Die Umsetzung der redoxsensitiven Einheiten durch reaktive Sauerstoffspezies führte zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften der Polymermatrix, sodass sich die Änderung des Oxidationsgrads impedimetrisch verfolgen ließ. Ein Messverfahren und ein Auswertemodell wurden entwickelt. Um den Energiebedarf der Schaltung bzw. des textilen Redoxsensors decken zu können, musste das Messverfahren auf eine Messfrequenz von 10 kHz beschränkt werden.