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Durch CO2 bakterienfrei

Kunststoffoberflächen: Mit Hilfe von Kohlendioxid Pharmazeutika einbringen
Durch CO2 bakterienfrei

Ob Türklinken, Lichtschalter, automobile Bedienelemente oder andere Oberflächen: Durch nanoskaligen Silberpartikel haben Bakterien in Kunststoffoberflächen keine Chance Bild: Fraunhofer Umsicht
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Bakterien tummeln sich an Orten wie zum Beispiel Türklinken. Solche Oberflächen können nun mit Nanosilber nachträglich behandelt und gegen Bakterien beständig gemacht werden, durch so genanntes überkritisches Kohlendioxid (CO2).

Kunststoffe werden normalerweise gefärbt, mit Additiven versehen und funktionalisiert, damit sie für jede Anwendung die besten Eigenschaften erzielen. Diese sogenannte 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 Kohlendioxid auf und diffundieren zusammen mit dem Gas in den Kunststoff. Dieser Vorgang dauert nur wenige Minuten“, erläutert Manfred Renner, Abteilungsleiter Leder- und Hochdrucktechnik. Mit der neuen Imprägniermethode lassen sich, anders als bei der Compoundierung, auch wärmeempfindliche Stoffe wie Pharmazeutika einbringen. Gleichzeitig werden Imprägnate wie Pigmente, Nanopartikel (beispielsweise Nanosilber) oder UV-Stabilisatoren eingespart und dort angereichert, wo sie wirksam sind – in der Nähe der Oberfläche. Kratzer können diese Form der Imprägnierung nicht beeinträchtigen.
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 großes Potenzial, heißt es, denn Kohlendioxid ist nicht brennbar, nicht toxisch und kostengünstig. „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.
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