Reduzierung der Migration von Weichmachern aus PVC

Am Fraunhofer IST wird daran gearbeitet, durch Beschichtung sowie Vernetzung des PVC-Kunststoffs die Migration der Weichmacher aus dem Polymer zu reduzieren bzw. komplett zu verhindern.

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Neue Plasmajets für die Silberreinigung

Am Fraunhofer IST wurden stiftähnliche Jetsysteme entwickelt, die mittels dielektrisch behinderter Entladung (DBE) ein schonendes Arbeiten bei niedrigen Temperaturen bis 50 °C und somit auch die Behandlung von temperatursensiblen und fragilen Kulturgütern ermöglichen.

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LabBag®

Humane Stammzellen gelten als Hoffnungsträger in der personalisierten Medizin und sollen zukünftig z. B. in der Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden. In einem vom Fraunhofer IST koordinierten Gemeinschaftsprojekt wurde ein geschlossenes oberflächenbasiertes Kultivierungssystem entwickelt.

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Plasmajet

Ein neuer Ansatz zur medizinischen Behandlung von fehlenden Knochenfragmenten ist das Implantieren von 3D-gedruckten und biologisch abbaubaren Polymergerüsten, sogenannten Scaffolds. Am Fraunhofer IST werden dazu während des 3D-Druckvorgangs mit einem Plasmajet Schichten mit geeigneten chemischen Gruppen mittels Atmosphärendruck-PECVD abgeschieden.

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ALD in fluidischen Systemen

Die gleichmäßige Innenbeschichtung von fluidischen Systemen mit nanometerdicken Schichten stellt eine besondere Herausforderung dar. Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IST ist es, mittels Atomlagenabscheidung bei Atmosphärendruck atomar kompakte Schichten homogen in komplexen fluidischen Systemen auch bei niedrigen Temperaturen abzuscheiden.

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Tuberkulosetest

Tuberkulose (TB) ist auch heutzutage noch eine der am häufigsten tödlich verlaufenden Infektionskrankheiten weltweit. Das Fraunhofer IST entwickelt einen Test, mit dem die Krankheit nicht nur frühzeitig und zuverlässig, sondern auch ohne hohen Geräte- und Kostenaufwand erkannt werden kann.

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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.

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