Aufbau antimikrobieller Papiereigenschaften durch Integration funktionaler, cellulosischer Fibride in die Papierstruktur
Projektleiter: Dr. Marcus Krieg
Projektnummer: BMWi/ IGF, 17331 BR
Laufzeit: 01.11.2011 – 31.10.2013
Aufgabenstellung
In allen Bereichen des täglichen Lebens besteht ein potentielles Infektionsrisiko. Im Hinblick auf eine alternde Bevölkerung und einer damit tendenziell zunehmenden Anzahl gefährdeter Personen muss speziell in Krankenhäusern, aber auch im Wohnbereich Wert auf eine keimreduzierte Atmosphäre gelegt werden. Das vorliegende Projekt hatte sich zum Ziel gesetzt, speziell mit antibakteriellen Zusätzen ausgerüstete Fibride zu entwickeln, welche in geringen Mengen in Papiere eingebracht werden und dort eine antibakterielle und antifungizide Wirkung entfalten können.
Ergebnisse
Im Ergebnis der Entwicklung gelang es, Cellulose mittels einer Ionenaustauscherharz(IAH-)Formulierung zu modifizieren und daraus Feinstfibride herzustellen, welche sich durch ihre Eigenschaften (Feinheit, Aspektverhältnis, Längenverteilung) sehr gut in den Papierherstellungsprozess integrieren lassen (s. Abb. 1). Die Herstellung der Fibride erfolgt über einen an die Lyocell-Technologie zur Erspinnung textiler Fasern angepassten Formungsprozess, welcher in bestehende Anlagenkonfigurationen integriert werden kann und die gesamte Peripherie des Verfahrens zur Prozessflottenaufbereitung nutzt (vgl. Abb. 2). Das Einbringen der wirkenden Metallionen in die Cellulose erfolgt nach der Fibridformung in einem Tränkungsschritt und unter Fixierung in der bereits funktionalisierten IAH-Cellulosematrix. Die funktional wirkenden Silber-, Kupfer- und Zinkionen waren auch bei niedrigen Dosiermengen sehr gut gegen Bakterien wirksam. Bezüglich Pilzresistenz war beim Einsatz von Silber- und beim Einsatz von ca. 5-fach höher dosierten Kupferionen eine signifikante Papierfunktionalisierung erkennbar. Je nach Produkt spezifischer Anwendung der Projektergebnisse ist die Wirkstoff abhängige Verschiebung von Weißgrad bzw. Farbort der erzeugten Papiere zu beachten. Auf Grund der Effektivität der zugesetzten Additive kann die Menge an funktionaler Faser im Endprodukt gering gehalten werden.
Anwendung
Der wirtschaftliche Nutzen für kleine und mittlere Unternehmen ergibt sich durch ein erweitertes Angebotssortiment für Papierproduzenten und -verarbeiter sowie Faserhersteller mit erhöhter Wertschöpfung. Anwender des neuen Produktes sind beispielsweise: Hersteller von Tapeten und Dekorationspapieren, sowie Filterpapierhersteller und -verarbeiter. Die angestrebten Innovationen zur Erzeugung von antimikrobiell ausgerüsteten Papiersortimenten, können zu nachfolgenden Verbesserungen führen:
• Senkung der Infektionsgefahr und des Krankheitsrisikos in klimatisierten bzw. belüfteten Gebäuden, Räumen und Fahrzeugkabinen
• Verbesserung des Raumklimas und Senkung der Infektionsgefahr durch antimikrobiell ausgerüstete Tapeten
• perspektivisch auch Bereitstellung antimikrobieller Verpackungsmaterialien zur Sicherung von Transport- und Lagerabläufen mikrobiell gefährdeter Produkte wie Pharmaka, Hygieneprodukte und Güter des täglichen Bedarfs sowie für Umverpackungen zur Sicherung steril verpackter Güter.