Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V. – STFI


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Geförderte Projekte: 61


Entwicklung eines verbesserten Verbundvliesstoffes (Typ SMS) für medizinische Anwendungen durch neuartige Meltblown (MB)- Technologie


MB- Anlage des STFI
MB- Anlage des STFI

Projektidee

Die Zielstellung des durchgeführten Projektes bestand in der Entwicklung eines verbesserten Verbundvliesstoffes der Prinzipstruktur SMS für Medical-Anwendungen. Der innovative Grundgedanke basierte auf der Anwendung einer neuartigen Meltblown-Technologie, die eine für den Anwendungsfall angepasste Meltblown- Struktur bezüglich der Blut- und Alkoholabweisung sowie den sicheren Schutz vor bakteriellen Infektionen ermöglicht.
Durch das Verfahren der reaktiven Extrusion wird beim Meltblown- Prozess in den Polymeren eine engere, aber definierte Molekulargewichtsverteilung erreicht, die zu Filamenten mit verbesserten Barriereeigenschaften führt.
Verfahrenstechnische Innovation:
Das Meltblown- Verfahren ist der Kategorie der Extrusionsspinnverfahren zuzuordnen.
Es basiert auf der Verarbeitung thermoplastischer, polymerer Werkstoffe, die sich durch eine sehr geringe Schmelzeviskosität auszeichnen. Diese wird mit dem sogenannten Melt-Flow-Index (MFI) charakterisiert. Hoher MFI bedeutet geringe Viskosität der Schmelze und damit verbunden hohe Elastizität und Verstreckbarkeit.
Vergleicht man die üblicherweise verwendeten Polymeren bezüglich ihres MFI zwischen dem Spinnvliesprozess (z.B. 20 bis 60) und dem Meltblown- Verfahren (z.B. 800, 1000, 1200), werden die unterschiedlichen filamentbildenden Mechanismen deutlich.
Eine zu hohe Schmelzeviskosität führt beim Meltblown zu Filamentabrissen. Diese sogenannten „Shots„ bewirken bei der Vliesablage unerwünschte Dickstellen.
Eine zu geringe Viskosität der Schmelze hat bezüglich der Prozesssicherheit ebenfalls nachteilige Auswirkungen. Das Polymer wird am Düsenaustritt „zerstäubt„ und nur unvollständig auf dem Siebband abgelegt. Es kommt zu ungewollten Feinfilamentablagerungen an den Anlagenteilen und im Produktionsraum.
Die verfahrenstechnische Innovation besteht darin, im Zuge des Extrusionsprozesses erst in der Schmelze Radikale entstehen zu lassen und gleichzeitig ein überangebot zu vermeiden.
Dieser Prozess lässt sich als „reaktive Extrusion„ beschreiben. Er basiert auf der Zugabe geeigneter Radikale bildender Additive in Form von Masterbatches. Gleichzeitig wird erreicht, dass durch einfache änderung der Dosiermenge des Masterbatches während des Meltblown- Prozesses eine stufenlose Variation der Schmelzeviskosität möglich ist (controlled rheology; CR).

Kundennutzen

Zielgruppen für die wirtschaftliche Verwertung der Vorhabensergebnisse sind primär die Unternehmen der Spinnvliesstoff bzw. Meltblown- Vliesstoff herstellenden Industrie. Sekundär kann auch der Anlagenhersteller von MB- Anlagen die verfahrenstechnischen Vorteile der neuen Technologie in optimierte maschinentechnische Lösungen integrieren.
Im Ergebnis des Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass die Herstellung von MB-Vliesstoffschichten nach der neuen Technologie (unter Einsatz von Standard-PP und Irgatec CR 76 A®) Vorteile bringt. Zunächst ist der Einsatz eines zusätzlichen Additivs mit einer Kostensteigerung verbunden. Die notwendige Einsatzkonzentration des Additivs liegt jedoch bei 0,2 %. Betrachtet man den preislichen Unterschied zwischen einem Standard-PP (z.B. MFI 25) und einem PP in MB- Qualität (z.B. MFI 800), der bei 10 % bis 20 % liegt, wird das mögliche kostenmäßige Einsparpotenzial deutlich. Für die angestrebte Produktentwicklung wurden folgende Ergebnisse erzielt:

  • Zur Gewährleistung ölabweisender Eigenschaften und der Barrierewirkung gegenüber Bakterien und Viren wurde eine FC- Ausrüstung entwickelt und auf die Verbundvliesstoffe (SMS- Struktur) aufgebracht. Als Ergebnis zeigt sich, dass dadurch die Hydrophobie des Materials verringert wird.
  • Für die untersuchten Varianten wurde eine „mittlere Oleophobie„ erreich, was einer sicheren Eignung der Materialien bis zum Prüföl 5 entspricht
  • Die Untersuchungen der Barrierewirkung gegenüber synthetischem Blut und Bakterien wurden vom Centrum für Hygiene und medizinische Produktsicherheit in Schwerin (HYGCEN®) durchgeführt. Zur Untersuchung gelangten acht ausgewählte Varianten.
  • Diese Untersuchungen konzentrierten sich auf zwei Eigenschaften- Bluttest als Voraussetzung für die Bewertung der Virendichtheit und Widerstand gegen Keimpenetration nass.
  • Die Ergebnisse weisen einen vollständigen Schutz gegen Keimpenetration aus, da jedoch synthetische Blut eindringen kann, werden alle Varianten als „nicht Viren dicht„ eingestuft. Damit ist der Einsatz der im Rahmen des Projektes erzeugten SMS- Vliesstoffe auf „Arbeiten ohne Flüssigkeitsaufkommen„ festgelegt.

Ausblick

Die Produktion von Vliesstoffen in Europa erreichte im Jahr 2013 eine Gesamtmenge von 2,04 Mio. t. Das entspricht einer Steigerung gegenüber dem Vorjahr um ca. 2,3%. Der prozentuale Anteil der Extrusionsvliesstoffe an der Gesamtproduktion beträgt 43,7 % und hat im Vergleich zu 2009 eine Steigerung um 8,6 % erfahren.
Im europäischen Maßstab nimmt Deutschland in der Produktion von Vliesstoffen den ersten Platz ein. Bezüglich erzeugter Tonnage beträgt der Anteil ca. 24,3 %, bezüglich der Fläche ca. 20,1 %.
Der prozentuale Anteil der Extrusionsvliesstoffe an der Gesamtproduktion beträgt ca. 43,7 % und hat im Vergleich zu 2012 eine Steigerung um ca. 8,0 % erfahren.
Die wichtigsten Exportländer sind USA ca. 48 Tt, Türkei ca.34 Tt, Schweiz ca. 23 Tt, Russland ca. 20 Tt und China mit ca. 17 Tt. Das Ranking in den Vliesstoffimporten stellt sich folgendermaßen dar: USA 44 Tt, China 37 Tt, Israel 35 Tt.
Daraus lässt sich ableiten, dass der Konkurrenzdruck für europäische Vliesstoffhersteller wächst und diesem nur durch wissenschaftlich / technischen Vorsprung bei den Herstellungsverfahren und bei den Produkteigenschaften begegnet werden kann. Durch wissenschaftliche Untersuchung und letztlich durch die Anwendung der neuen Technologie zur Erzeugung von Meltblown-Vliesschichten wird dieser Notwendigkeit Rechnung getragen.

Stand: 22.06.2015
Projektdaten aktualisiert: 07.12.2014

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