Reduzierung der Migration von Weichmachern aus PVC

Reduzierung der Migration von Weichmachern aus PVC

Experimentelle Anordnung für DBD-Behandlung von PVC-Folien.
© Fraunhofer IST, Falko Oldenburg

Experimentelle Anordnung für DBD-Behandlung von PVC-Folien.

Barriereeffizienz als Funktion der Behandlungszeit im Argonplasma.
© Fraunhofer IST

Barriereeffizienz als Funktion der Behandlungszeit im Argonplasma.

Langzeitstabilität der Barriereeffizienz.
© Fraunhofer IST

Langzeitstabilität der Barriereeffizienz.

Viele medizinische Produkte wie Blutbeutel oder flexible Schläuche werden aus Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt. Dieses Material ist kostengünstig, transparent, verschweißbar sowie kälteelastisch. Um die für die Anwendung notwendige Flexibilität zu erzielen, wird dem PVC-Rohmaterial zusätzlich bis zu 40 Gewichtsprozent Weichmacher zugesetzt. Diese Weichmacher sind meistens nicht chemisch mit dem Polymer verbunden, sondern können sich frei im Polymer und auch in das umgebende Medium bewegen. Die üblicherweise eingesetzten Weichmacher wie Bis(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) werden aber als problematisch für die menschliche Gesundheit eingestuft. Daher wird am Fraunhofer IST daran gearbeitet, durch Beschichtung sowie Vernetzung des PVC-Kunststoffs die Migration der Weichmacher aus dem Polymer zu reduzieren bzw. komplett zu verhindern.

Ansatz

Für die Behandlung bzw. Beschichtung zur Reduktion der Weichmachermigration der PVC-Kunststoffe kommen am Fraunhofer IST dielektrisch behinderte Entladungen (DBE) bei Atmosphärendruck zum Einsatz. Hierbei werden die PVC-Substrate zwischen Hochspannungselektroden mit dielektrischer Barriere gebracht. Eine Wechselspannung erzeugt dann in dem Gasraum zwischen den Elektroden eine dielektrisch behinderte Entladung (vgl. nebenstehende Abbildung). Durch Wahl geeigneter Prozessgase können hierdurch unterschiedliche Effekte erzielt werden. Enthält das Prozessgas beispielsweise einen schichtbildenden Precursor wie etwa Hexamethyldisiloxan, können im Prozess Plasmapolymerschichten abgeschieden werden. Andere Prozessgase wie z. B. reines Argon erzeugen dagegen sehr kurzwellige UV-Strahlung, die ausreichend Energie besitzt, um chemische Bindungen zu lösen und somit zur Vernetzung von Polymeren führen kann.

Ergebnisse

Am Fraunhofer IST konnte gezeigt werden, dass sich insbesondere durch eine Behandlung in reinem Argonplasma die Migration von Weichmachern aus Weich-PVC um 95 % reduzieren lässt (vgl. Grafik). Dieser Effekt lässt sich nach jetzigen Erkenntnissen auf die Vernetzung des Kunststoffs durch die sehr kurzwellige UV-Strahlung des Argonplasmas zurückführen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Behandlung langzeitstabil (vgl. Grafik) ist und von der Reinheit des Prozessgases abhängt. Neben der Behandlung von planarem Folienmaterial wurden Prozesse entwickelt, mit denen auch die Innenseiten von Schläuchen sowie Blutbeuteln erfolgreich modifiziert und beschichtet werden können.

Ausblick

Dielektrisch behinderte Entladungen sind in der Industrie als kostengünstige Möglichkeit der Folienbehandlung vor dem Bedrucken, Kleben und Lackieren weit verbreitet. Daher ist die Modifikation von Folienbahnen und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Weiterverarbeitungsschritte für Medizinprodukte wie Verschweißen oder Kleben Gegenstand aktueller Untersuchungen. Darüber hinaus werden verschiedene Kombinationen unterschiedlicher Verfahren getestet, um die Migration weiter zu reduzieren. Zusätzlich soll künftig erforscht werden, ob sich die Ergebnisse auch auf andere Polymere und die Migration anderer Inhaltsstoffe übertragen lassen.

Weitere Beiträge aus dem Bereich Life Science und Umwelt finden Sie hier.