Bio-Kompatibilität von intelligenten Textilien

Neue Stoffe müssen für den menschlichen Träger verträglich sein

Neuartige Textilien, die verschiedene Parameter des menschlichen Körpers erfassen und eine kontinuierliche Überwachung von Pulsschlag, Blutdruck oder Körpertemperatur ermöglichen, müssen eine hohe Verträglichkeit besitzen. Speziell im Fitnessbereich hat diese Art der Textilien eine zunehmend größere Bedeutung. Die Zusammensetzung, der Entstehungsprozess und natürlich das fertige Produkt sind ohne echte Bio-Kompatibilität kaum zu vermarkten.

Da diese Materialien größtenteils rund um die Uhr in direktem Kontakt mit der Haut stehen, ist die Frage der biologischen Verträglichkeit extrem wichtig, schreibt Dr. Corinna Petsch von der senetic healthcare group in der Fachzeitschrift ‚Coating International’. So kann etwa menschlicher Schweiß aufgrund seiner Zusammensetzung die Textilien angreifen und kritische Substanzen aus dem Gewebe herauslösen. Diese können leicht durch die geöffneten Poren und den direkten Hautkontakt in den Körper eindringen und diverse unerwünschte Nebenwirkungen (auch Erkrankungen und Allergien) zur Folge haben.

Was ist bedeutet Verträglichkeit bei Textilien?

Als biologisch verträglich, beziehungsweise, bio-kompatibel werden Materialien und Stoffe bezeichnet, die keinen nachweisbaren negativen Einfluss auf Organismen und Lebewesen in ihrer Umgebung ausüben. Im Herstellungsprozess gibt es drei unterschiedliche Maßstäbe (tolerant, bioniert und bioaktiv), die maßgeblichen Einfluss auf das finale Produkt haben.

Biotolerante Produkte können dabei sogar dauerhaft am und im Körper verbleiben ohne toxisch zu wirken. Im Gegensatz dazu können bei bioinerten Stoffen geringe Wechselwirkungen vorkommen – im Rahmen der Grenzwerte. Bioaktive Materialien interagieren hingegen gewollt mit Gewebe und Knochen. Entsprechende Beschichtungen des Endprodukte können diese Eigenschaften unter Umständen ebenfalls gewollt oder nicht gewollt beeinflussen.

Testverfahren zur Risikoeinschätzung

Für den Nachweis der biologischen Verträglichkeit stehen verschiedene In-vitro und In-vivo Testverfahren zur Verfügung , die die Art des Kontakts, die Kontaktdauer und das allgemeine Risiko-Potenzial berücksichtigen müssen. Ein Ansatz wie sie zum Teil auch fest zur Produktentwicklung auch bei Weserland gehören. Denn biologische und Umwelt-Verträglichkeit beziehungsweise Nachhaltigkeit stehen in steigendem Maße im Mittelpunkt von modernen Erzeugnissen und werden in Zukunft komplett unverzichtbar sein.

Bei Anzeichen für negative Wechselwirkungen sollte jegliche Material-Auswahl noch einmal überdacht werden. Das Bestehen der erwähnten Tests ist für den Erfolg von Produkten ausschlaggebend, da nur ein reizungsfreies Tragen der Textilien akzeptiert werden wird und letztlich vermarktet werden kann.

Deutlich wird, dass bereits im Vorfeld Maßnahmen ergriffen werden müssen um Unverträglichkeiten jeglicher Art zu vermeiden. Dadurch werden letztlich aber auch Zeit und Kosten eingespart. Sollte sich nämlich im Verlauf der Untersuchungen herausstellen, dass ein Rohstoff, Compound oder Material nicht verträglich ist, kann sich dies auf den gesamten Entwicklungsprozess auswirken – gegebenenfalls einen kompletten Neustart des Projekts erfordern!

EU-Förderung: Entwicklung neuer Beschleunigersysteme für Latex-Anwendungen

Der „aktuelle“ Stand der Technik in der Latex-Verarbeitung hat sich seit mehr 50 Jahren hinsichtlich der eingesetzten Vulkanisations-Chemikalien nicht mehr nennenswert verändert. Nach wie vor werden beispielsweise Diphenylguanidin (DPG), Zink-Diethyldithiocarbamat (ZDEC) oder Zink-Mercaptobenzthiazol (ZMBT) eingesetzt.

EP26Allerdings werden aus umwelttechnischen Gründen Rückstände aus der Vulkanisation immer intensiver diskutiert. Das hat mittlerweile zu Grenzwerten geführt, die mit den klassischen Beschleunigern immer schwerer eingehalten werden können.

Im Rahmen eines durch die EU mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projektes wollen wir daher bei Weserland die Eignung alternativer Beschleuniger für die Latex-Verarbeitung untersuchen.

Ziel des Vorhabens ist, auf Basis vorhandener Beschleuniger aus dem Festkautschuk-Bereich neue Vulkanisations-Systeme für die Latex verarbeitende Industrie zu entwickeln, die hinsichtlich der Rückstände im Vulkanisat auch zukünftigen Anforderungen gewachsen sind – und zwar ohne dass es an der Performance in der Verarbeitung mangelt.

Probleme bei den Grenzwerten

  • DPG (Diphenyl-Guanidin) enthält Spuren von Anilin, ist giftig und krebsverdächtig
    Latexmatratzen für den gehobenen asiatischen Markt sollen, ohne dass ein Grenzwert fixiert ist, „frei“ von Anilin sein. Diese Anforderung ist mit DPG nicht zu erreichen.
  • ZDEC (Zink-Diethyldithiocarbamat) gilt als krebsverdächtig wegen flüchtiger Nitrosamine
    Von IKEA (mit ca. 20 Prozent Marktanteil am Latexmatratzen-Markt der größte Anbieter) wird in Anlehnung an die Vorgaben des „Eurolatex Eco Standard“ ein reduzierter Emissionswert von maximal 0,5 µg/m³ (Eurolatex 1,0 µg/m³) flüchtigen Nitrosaminen gefordert. Im Gegensatz zum Eurolatex-Grenzwert lässt sich dieser kaum noch mit konventionellen Beschleuniger-Systemen realisieren.
  • ZMBT (Zink-Mercaptobenzthiazol) ist allergieauslösend  durch Spuren von 2-MBT
    Derzeit gibt es noch keine gesetzliche Regelung über 2-MBT-Rückstände in Latexschaum. Wegen des diskutierten allergenen Potenzials hat die CADS (Cooperation at DSI) allerdings einen Grenzwert von 100 mg/kg festgelegt. Einzelne Unternehmen des Verbandes fordern bereits einen Grenzwert von 10 mg/kg. Bereits ein Grenzwert von 100 mg/kg ist jedoch nur durch Vermeidung von ZMBT (als Lieferant des 2-MBT) zu erreichen.

Was der Markt fordert

Nur in geringem Umfang und mit Einschränkungen sind durch alternative Ersatzrohstoffe, etwa dem Einsatz ZBEC (Zink-Dibenzyldithiocarbamat) anstelle von ZDEC, bzw. durch geschickte Prozessführung und nachge­schaltete Waschprozesse sind die geforderten Grenzwerte einzuhalten. Und es ist zu erwarten, dass auch in Zukunft die Grenzwerte für problematische Rückstände immer strenger werden. Der Grund sind klare Vorgaben aus unserem Kunden­kreis, die (richtigerweise) eine geringere Belastung für Mensch und Umwelt fordern, die aber eben aktuell verwendete Systeme nicht (mehr) erfüllen.

Tatsächlich gibt es noch keine Lösung auf dem Markt für die beschriebenen Problemkreise. Die derzeit verwendeten Beschleuniger sind in verschiedenen Geschäftsbereichen der Latex-Verarbeitung trotzdem in die Diskussion geraten – denn der Markt erfordert es.

Im Fokus des beantragten EU-Projektes ist es daher, auf Basis alternativer Beschleuniger-Systeme, kritische Rückstände im fertigen Produkt (Latexmatratze, Formteile für Orthopädie- und Schuhindustrie, Teppichrückenbeschichtung, Tauchartikel) zu verringern beziehungsweise ganz zu vermeiden, ohne dass die bestehende Anlagen-Technologie auf Kundenseite umfangreich modifiziert werden muss.

Gummihaar-Vliese für effektive Filter. Weserland sorgt für passende Vulkanisationspasten

Gummihaar oder Gummikokos bezeichnet ein Polstervlies, das zur Erhaltung der Sprungkraft mit Latex überzogen wurde. Hierbei werden zumeist Kokos-Fasern verwendet. Gummikokos war über Jahrzehnte der Werkstoff der Wahl für Autositze. Er ist luftdurchlässig und behält über Jahre seine Elastizität und seine Form. Und besteht fast vollständig aus nachwachsenden Rohstoffen.

Die Verwendung von Gummikokos im Automobilbereich ist jedoch stark zurückgegangen und wurde mittlerweile weitgehend von PUR-Formpolstern abgelöst.

Heutzutage hat sich die Verwendung stark verändert: Gummihaar-Vliese werden nun vorwiegend im Filterbereich eingesetzt. Diese Filter werden in Kompressoren und Gebläsen als feuchtigkeitsbeständige Filter eingesetzt – da wo die Ansaugluft von Gebläsen, Verbrennungsmotoren und Kompressoren gereinigt werden muss. Diese Vliese filtern optimal bei spezifisch groben Stäuben sowie großer Staubkonzentration.

Gummihaar-Herstellung

Gummihaar-Vliese werden in einem längeren Herstellungsprozess erstellt. Die Naturfasern werden gesponnen, zur Erzielung einer Krause gedämpft und wieder aufgedreht. Das gewonnene Gemisch aus Naturfasern bzw. Tierhaaren (Schweinehaar, Rosshaar) wird über eine Vliesmaschine auf Förderbänder aufgelegt, zunächst von einer Seite und nach einem Wendevorgang von der zweiten Seite mit einer Latexmischung besprüht und in einem Durchlauftrockner getrocknet.

Nach dem Besprühen kann eine Pressung durch entsprechende Presswalzen zur Erzielung einer definierten Stärke erfolgen. Die Latexmischung besteht meist aus einer Vulkanisationspaste sowie Füllstoffen und Flammschutzmitteln.

Weserland bietet spezielle Vulkanisationspasten zur Herstellung der Gummihaar-Vliese sowie Flammschutzmittel an: Der Fertig-Compound Supron LN 030 bietet auch Flammschutz, während Supron LK 020 keine zusätzlichen Flammschutz-Komponenten hat.

Vulkanisations-Systeme für die Produktion von Latexschaum

Naturlatex ist aufgrund seiner Eigenschaften seit Jahrzehnten ein idealer Werkstoff zum Beispiel für Matratzen. Im Sinne der Nachhaltigkeit also durchaus „modern“ und ein nachwachsender Rohstoff: Elastizität, Atmungsaktivität, Körperanpassung, Dauerhaltbarkeit sowie Homogenität gelten als seine herausragenden Eigenschaften. Ähnliche Eigenschaften bieten allerdings auch neuere Systeme auf Basis von Synthese-Latex. Maßgeschneiderte Vulkanisations-Systeme ermöglichen eine gute Verarbeitung beider Rohmaterialien

Eine Basisformulierung besteht aus Latex (Synthese- und/oder Naturlatex), Schaumhilfsmitteln und -stabilisatoren, dem Vulkanisations-System (bestehend aus Schwefel, Zinkoxid, Beschleunigern und Alterungsschutzmittel) und gegebenfalls nötiger Füllstoff. Dieses Compound wird mechanisch mit Luft vermischt, in Formen gegeben oder auf einen Träger aufgetragen und im Ofen „ausvulkanisiert“.

Dabei werden die Ketten der Latex­Moleküle über Schwefelbrücken verknüpft. Durch gezielten Einsatz von Hilfsmitteln (so genannten Beschleunigern) können Reaktionszeit, Temperatur und erforderliche Schwefelmenge deutlich verringert werden. Heute werden bevorzugt Guanidin-Derivate (DPG), Dithiocarbamate (ZDEC/ZBEC) und 2-Mercaptobenzthiazol-Derivate (ZMBT) einzeln oder in Kombination eingesetzt.

Lösungen vom Spezialisten

Weserland ist seit vielen Jahren Spezialist in der Herstellung von maßgeschneiderten Vulkanisations-Systemen für die Latex verarbeitende Industrie. Suprotex UGB ist ein bewährtes System für Synthese-Latex basierten Formulierungen. Dieses Produkt beinhaltet alle für die Vulkanisation notwendigen Additive (Schwefel, Zinkoxid, Beschleuniger und Alterungsschutzmittel) in abgestimmter Zusammensetzung und wird dem Synthese-Latex-Compound direkt zudosiert.

Basiert die Formulierung überwiegend auf Naturlatex, so ist eine Komplettdosierung des Vulkanisations-Systems nicht möglich, da speziell Zinkoxid und DPG zu Stabilitätsproblemen des Compounds führten. Für diese Anwendung hat Weserland Suprotex UGB in zwei Komponenten geteilt:

  • Suprotex L N566-1, bestehend aus Schwefel, Beschleuniger und Alterungsschutz, wird dem Compound vor der „Reifung“ zudosiert, während
  • Suprotex L N566-2, bestehend aus Zinkoxyd und DPG, wird während des Aufschäumens in den Mischkopf injiziert.

Sowohl Suprotex UGB als auch das geteilte System Suprotex L 566-1 / -2 bilden den Grundstock für eine erfolgreiche Produktion von Latexschaum. Als Hersteller von Speziallösungen hat Weserland die Möglichkeit, die Zusammensetzung der Systeme in weiten Bereichen zu modifizieren, um speziellen Kundenanforderungen gerecht zu werden.