Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Funktionale Zinkperoxid-Beschichtungen für antibakterielle Luftfiltersysteme

Saubere Luft ist essentiell für die menschliche Gesundheit, eine saubere Umgebung und viele technologische Prozesse. Bisher entwickelte Luftfilter gewährleisten eine hohe Effizienz, selbst gegen kleinste Partikel (d < 1µm), jedoch sind viele dieser Filter-Systeme anfällig gegen mikrobiellen Befall. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuer Technologien zur Beschichtung von Luftfiltern, welche beständig gegen bakteriellen Befall sind. Dabei soll die Entwicklung von umweltfreundlichen antibakteriellen Additiven im Zentrum der Forschung stehen, welche einfach auf bereits entwickelte kommerzielle Luftfilter aufgetragen werden können. Dies soll eine nachhaltige und langanhaltende Wachstumsinhibierung von Bakterien und Pathogenen in Luftfiltersystemen gewährleisten.

Im Rahmen dieses Projektes sollen Zinkperoxid(ZnOO)-Partikel als antibakterielle Wirkstoffe zur Modifikation von kommerziellen Luftfiltern eingesetzt werden. Dabei sollen sowohl die Größen als auch die Oberflächenfunktionen (Vinyl-, Amin-Gruppen) der ZnOO-Partikel maßgeschneidert werden können und diese als kolloidal stabile wässrige Dispersionen vorliegen. Um die Partikel kovalent auf den Fasern von kommerziellen polyester-basierten Luftfiltern binden zu können, müssen die Fasern mittels funktioneller Gruppen (Epoxide, Vinylsulfonate) aktiviert werden. Anschließend können die ZnOO-Partikel mit Hilfe von Dip-Coating-Verfahren auf die Fasern aufgetragen werden, gefolgt von deren Immobilisierung durch Konjugation der komplementären reaktiven Gruppen.

Mit der Entwicklung einer neuen und einfachen Technologie wie im vorliegenden Fall, soll den KMU`s am Beispiel der antimikrobiellen Ausrüstung von Filtermaterialien aufgezeigt werden, wie bedarfsorientiert Oberflächen ausgerüstet werden können, um sie optimal für ihren jeweiligen Einsatzzweck vorzubereiten. Deutsche KMU`s können sich durch dieses innovative Verfahren und der Entwicklung neuer Produkte von der Konkurrenz abheben.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden die folgenden wissenschaftlich-technischen Ergebnisse erzielt:

• Herstellung wässriger Dispersionen von maßgeschneiderten stabilisierten Zinkperoxid-

Partikeln mit funktionalen Oberflächen

• Kovalente Amin-Modifizierung von kommerziell erhältlichen PET-Filtermedien bei kurzen

Expositionszeiten mit kostengünstigen linearen Aminen

• Einfache Immobilisierungsmethode zur Ausrüstung von Amin-modifizierten PET-

Filtermedien

• Detektion und Wirksamkeit der antibakteriellen Zinkperoxid-Ausrüstung in Luftfiltersystemen mit Langzeitwirkung (beschleunigte Alterung/Simulation von ein, zwei und drei Jahren Standzeit)

• Keine signifikante Beeinträchtigung der Filtrationseigenschaften

• Insgesamt Verwendung kostengünstiger und kommerziell verfügbarer Ausgangsstoffe

Durch die Verwendung von kommerziell erhältlichen PET-Filtermedien für die durchgeführten Versuche sowie den Einsatz kommerziell erhältlicher und kostengünstiger Ausgangsstoffe sind gute Voraussetzungen für einen Transfer in eine industrielle Anwendung geschaffen. Die neu entwickelte, antimikrobielle, Zinkperoxid-basierte Beschichtung für Luftfilter stellt eine nachhaltige Variante dar, um Luftfilter langfristig mit selbstaktivierender antimikrobieller Aktivität auszustatten. Die aktive Beteiligung der Industriepartner bei der Testung der antimikrobiellen Wirksamkeit sowie der Filtrationseigenschaften der ausgerüsteten Filtermedien resultiert in einer industriell belastbaren Datengrundlage. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse über verschiedene Beschichtungsverfahren können von KUMs genutzt werden, um Luftfilter mit einer langanhaltenden antimikrobiellen Wirksamkeit herzustellen. Die KMUs können diese Ergebnisse für die Entwicklung weiterer wettbewerblicher Produkte nutzen.