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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fluid-Zusammensetzung und ein
Verfahren zur chemischen und insbesondere biokompatiblen Reinigung textiler
Materialien gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche
1 und 10.
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Hintergrund
der Erfindung ist eine im Hygienebereich übliche Anforderung
an textile Materialien. Kommen offene Wunden oder empfindliche Hautpartien
in Kontakt mit Textilien oder anderen Materialien, so sollte das
nicht zu Reizungen des Gewebes führen. Diese Materialien
müssen "biokompatibel" sein. Um dies zu gewährleisten,
konstatiert z. B. der IKK-Bundesverband, dass nur solche Anti-Dekubitus-Matratzen
in das Hilfsmittelverzeichnis der Krankenkassen aufgenommen werden
können, deren Materialien (Schaumstoffe und Textilien),
soweit sie mit dem Patienten in Berührung kommen können,
biokompatibel sind. Die hierfür maßgeblichen Prozeduren
und Tests sind in DIN EN ISO 10993.5 festgelegt.
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Unerwarteterweise
erfüllten die Materialien, die aus physikalischen und physiologischen
Gründen für die Entwicklung einer neuartigen Anti-Dekubitus-Matratze
verwendet worden waren, diese Anforderung auf Anhieb nicht. Es handelte
sich um zwei dauerelastische und retikulierte Schaumstoffe, einen gefärbten
elastischen Baumwolljersey mit hohem Lycra-Anteil und um ein gefärbtes
Stretch-Trikot aus Polyamid mit ebenfalls hohem Anteil an Dorlastan. Die
Biokompatibilität des Jerseys verbesserte sich auch dann
nicht, wenn dessen Baumwolle aus "biologisch kontrolliertem Anbau"
stammte, also keine Insektizide, Herbizide und Fungizide enthielt.
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Bei
der Suche nach den Ursachen der Inkompatibilität dieser
Textilien kann man von der Annahme ausgehen, dass die Schadstoffe
zwar vorerst unbekannt sind, aber tendenziell entweder hydrophil oder
hydrophob sein sollten. Diese Annahme ließ sich durch erschöpfende
Extraktion (Soxhlet-Extraktion) mit Azeton oder Isopropanol bestätigen – beides mit
Wasser mischbare Fluide mit gutem Lösevermögen
für hydrophobe Monomere und Polymere.
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Beide
Textilien erfüllten im Anschluß an die Extraktion
und nach Trocknung überraschenderweise sogar zu 100% die
Anforderungen des Biokompatibilitätstestes. Alle Extrakte
enthielten bis zu ca. 3 Gewichtsprozenten ölige Rückstände
mit hohem Anteil an Kohlenwasserstoffen und Silikonen; auch Farbstoffreste
und Esterbindungen ließen sich identifizieren. Deutliche
Anhaltspunkte für die Ursache der biologischen Unverträglichkeiten
ergaben sich nicht. Insgesamt handelte es sich um eine variable
Mischung von sogenannten "Ausrüstungs-Chemikalien", die
bei der Fertigung der Textilien verwendet werden und deren genaue
Zusammensetzung firmenspezifisch und schwierig zu ermitteln ist.
Enthält das Textil elastische Fasern (Lycra, Elastan, Dorlastan
etc.), so ist zusätzlich mit Restkonzentrationen von Dimethylazetamid
zu rechnen.
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Versuche,
ein vergleichbares Ergebnis durch die Kombination von üblichen
Reinigungs- und Waschverfahren zu erzielen, schlugen allesamt fehl. Eine
mehrstufige Vorreinigung mit Tetrachlorethylen, wie sie für
die Beseitigung von Silikonen aus Arbeitskleidung eingesetzt wird,
erbrachte nur ca. 60% Biokompatibilität und eine nachgeschaltete
Nasswäsche erniedrigte diesen Wert auf sogar nur ca. 50%.
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Eine
genaue Analyse des Biokompatibilitätstests ergab schließlich,
dass die empfindlichen Zellen der Testkulturen lysierten, wenn sie
mit einem wässrigen Extrakt der gereinigten/gewaschenen
Textilien in Kontakt kamen. Dies war ein erster Hinweis auf mögliche
toxische Wirkungen von Netzmittel-Rückständen
bei Reinigungs- und Waschverfahren, woraus gegebenenfalls zu folgern
ist, dass auch die Rezepturen von Ausrüstungschemikalien
Netzmittel enthalten. Auch dieses Ergebnis war überraschend, da
Gutachten von Textilforschungs- Instituten vorliegen, aus denen
hervorgeht, dass den bei Nasswäschen verwendeten Netzmitteln
bei richtiger Dosierung keine nennenswerten schädlichen
Eigenschaften zuzuschreiben seien, selbst bei Wasser sparenden Verfahren.
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Weitere
Nachforschungen über die eventuelle Rolle von Netzmitteln
wurden an Krankenhauswäschen angestellt, die mit Instrumentenölen
verunreinigt waren und für deren Pflege die Wäschereien üblicherweise
einen zwei-stufigen Prozess ansetzen, nämlich in der ersten Stufe
eine Trockenreinigung und in der zweiten Stufe eine Nasswäsche.
Die Untersuchungen ergaben, dass die in der ersten Prozessstufe
verwendeten organischen Lösemittel, z. B. Perchlorethylen
oder Paraffine sogenannte "Reinigungsverstärker" enthalten,
um Schwebstoffe in Suspension zu halten und um Spuren von Wasser
zu emulgieren. Bei diesen Substanzen handelt es sich um Gemische
von langkettigen, nicht-ionischen, anionischen und kationischen
Netzmitteln in Kombination mit Desinfektionsmitteln. Reste davon
bleiben mit großer Wahrscheinlichkeit nach dem Trocknen
der Textilien im Gewebe zurück.
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In
der zweiten Prozessstufe zeigte sich, dass die Ablauge des letzten
Spülganges noch eine unerwartet hohe und stabile Schaumkrone
trug. Vermutlich waren also im Zuge der Nasswäsche nicht
nur die hydrophoberen Netzmittelreste aus dem vorangegangenen Reinigungsprozess
nicht entfernt, sondern war deren Wirkung durch das Hinzukommen weiterer,
vorwiegend hydrophiler Netzmittelreste noch verstärkt worden.
Dies wird als eine plausible Erklärung für die
oben beschriebenen Lyse-Befunde an den Testzellen erachtet.
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Zur
Kontrolle der Hypothese, dass Netzmittel wesentlich für
die Inkompatibilität verantwortlich sein könnten,
wurden mehrere biokompatible Materialien einer Standard-Nasswäsche
unterzogen mit dem erstaunlich deutlichen und ursprünglich
ebenfalls nicht voraussehbaren Resultat, dass die Kompatibilität
sogar verloren ging. Unerwartet war dann auch der zusätzliche
Befund, dass die lysierende Wirkung der Netzmittel nur in geringem
Umfang davon abhing, ob es sich um anionische, kationische oder
nicht-ionische Netzmittel handelte. Dies spricht dafür,
dass die Netzmittel auf ziemlich unspezifische Weise in die Lipoid-Schichten
der Zellmembranen penetrieren, was letztlich zu deren Auflösung
führen kann.
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Weitere
Versuche, bei denen statt konventioneller Nasswäschen spezielle
Waschverfahren verwendet werden, wie sie für die Säuberung
und Hygienisierung von Krankenhauswäsche vorgeschrieben sind,
waren durchgängig nicht wesentlich erfolgreicher. Nur in
einem Fall gelang es, den oben erwähnten Jersey über
die vorgeschriebene Marke von 80% Biokompatibilität zu
bringen, so dass dieser als "nicht toxisch" einzustufen war. Angesichts
der relativ großen Fehlerbreite der Kompatibilitätstests
ist dies kein zufriedenstellendes Ergebnis.
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Ein
praktisches Problem besteht weiterhin darin, dass die Textilien
z. B. einer Anti-Dekubitus-Matratze vor ihrer ersten Benutzung biokompatibel
gemäß DIN EN ISO 10993.5 sein
müssen. Aber bereits nach dem ersten Wäschewechsel
wird der Patient mit Textilien konfrontiert, die diesem Test nicht
genügen. Entweder sind also die Anforderungen der Krankenkassen
zu hoch oder die der Krankenhäuser und deren Wäschereien
zu niedrig angesetzt. Jeden falls stimmen sie nicht miteinander überein.
Darüber hinaus ist unklar, wie die Aussagen der o. g. Gutachten
der Textilforschungsinstitute in diese Zusammenhänge einzuordnen
sind.
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Der
Ansatz zur Lösung des Problems, nämlich eine erneute Überprüfung
des Lösevermögens von Azeton, Isopropanol und
anderen geeigneten Fluiden, zeigte, dass sie allesamt bei erhöhten
Temperaturen eine gute Aufnahmekapazität für konventionelle
Netzmittel (sogenannte Amphiphile – auch Tenside, englisch:
surfactants, genannt) verschiedener Kettenlängen besitzen.
Damit erscheint die Frage nach den Gründen der Inkompatibilität
zumindest der gewaschenen Textilien und nach einem Verfahren zu deren
Behebung auch ohne aufwendige Analysen der Extraktionsrückstände
zunächst geklärt.
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Daraus
folgen praktische Schlussfolgerungen zum Hintergrund der Erfindung:
Zunächst
kann das Ergebnis einer erschöpfenden Extraktion (Soxhlet-Extraktion)
mit Azeton oder Isopropanol als Indiz dafür angesehen werden,
ob das extrahierte Material biokompatibel nach DIN EN ISO 10993.5 ist
oder nicht.
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Im
Hinblick auf die Praktikabilität des Reinigungsverfahrens
sollten sich azeotrop-siedende Mischungen der o. g. Fluide mit Wasser
besonders gut eignen, weil in diesen Fällen nur das überschüssige Wasser
zusammen mit den unerwünschten Rückständen
im Sumpf der Anlage hinterbleibt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung
einer neuen Fluid-Zusammensetzung und eines neuen Reinigungsprozesses
zur biokompatiblen Reinigung textiler Materialien, bei der/dem die
bisher üblichen Kombinationen von hydrophoben Lösemitteln
bzw. von Wasser mit jeweils darin löslichen Netzmitteln
ersetzt werden durch ausgewählte, gut wasserlösliche
oder vorzugsweise wassermischbare organische Fluide, die sich zusätzlich
auch mit hydrophoben organischen Flüssigkeiten mischen
bzw. darin gut löslich sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Ein wesentlicher
Punkt der Erfindung liegt darin, dass die Fluid-Zusammensetzung
zur biokompatiblen Reinigung textiler Materialien mindestens ein
niedermolekulares, biologisch abbaubares, wasserlösliches bzw.
wassermischbares organisches Lösungsmittel aufweist, wobei
dieses Lösungsmittlel zur Aufnahme hydrophober, hydrophiler
und/oder amphiphiler Monomere und hydrophober Polymere geeignet
und rückstandslos verdampfbar ist.
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Dabei
ist vorzugsweise das mindestens eine Lösungsmittel ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus mindestens einem Alkohol, Keton, monofunktionellem
und/oder bifunktionellem Ether oder Ester und/oder Kombinationen
daraus.
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Der
mindestens eine Alkohol ist bevorzugt ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Propanol, Ethanol und/oder Kombinationen daraus.
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Das
mindestens eine Keton ist bevorzugt ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Azeton, Butanon-(2) und/oder Kombinationen
daraus.
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Der
mindestens eine Ether ist bevorzugt ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Glycol-Methylen-Ether, Glycol-Ethyliden-Ether,
Propylenglycol-Methyl-Ether, Propylenglycol-Ethyl-Ether, Propylenglycol-Propyl-Ether,
Propylenglycol-Isopropyl-Ether, Propylenglycol-Butyl-Ether, den
Propylenglycol-Isobutyl-Ethern und/oder Kombinationen daraus.
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Der
mindestens eine Ester ist bevorzugt ausgewählt aus der
Gruppe bestehend aus Ethylacetat, Methylacetat und/oder Kombinationen
daraus.
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Aceton
und Isopropanol sind Beispiele für eine erfindungsgemäße
Fluid-Zusammensetzung. Diese Fluide ähneln in ihrem Verhalten
den amphiphilen Netzmitteln insofern, als sie sowohl mit Wasser als
auch mit hydrophoben Flüssigkeiten Mischungen oder Lösungen
bilden können. Sie unterscheiden sich von den Netzmitteln
dadurch, dass sie sich infolge ihrer Flüchtigkeit beim
Trocknen des Textilgutes leicht und rückstandsfrei beseitigen
lassen. Dies gilt insbesondere für die azeotrop-siedenden
Mischungen der Fluide mit Wasser. Wichtig ist dabei zusätzlich
der Aspekt der einfachen destillativen Rückgewinnung der
Fluide. Vorzugsweise liegt die Fluid-Zusammensetzung als azeotrop
siedende Mischung mindestens zweier oben genannter Lösungsmittel vor.
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Weiterhin
bevorzugt weist die Fluid-Zusammensetzung zusätzlich Wasser
auf.
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Vorzugsweise
weist die Fluid-Zusammensetzung zusätzlich weitere Fluide
auf, die zumindest teilweise hydrophob sind.
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Ein
weiterer wesentlicher Punkt der Erfindung liegt in einem Verfahren
zur biokompatiblen Reinigung textiler Materialien, wobei das Verfahren im
erschöpfenden und kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Extrahieren (z. B. nach Soxhlet) der textilen Materialien mittels
einer Fluid-Zusammensetzung besteht, welche mindestens ein niedermolekulares, biologisch
abbaubares, wasserlösliches bzw. wassermischbares organisches
Lösungsmittel aufweist, wobei durch dieses Lösungsmittel
hydrophobe, hydrophile und/oder amphiphile Monomere und hydrophobe
Polymeren aufgenommen werden und das mindestens eine Lösungsmittel
ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus jeweils mindestens
einem Alkohol, Keton, monofunktionellem und/oder bifunktionellem
Ether oder Ester und/oder Kombinationen daraus.
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Dabei
wird der mindestens eine Alkohol ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Propanol, Ethanol und/oder Kombinationen daraus.
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Bevorzugt
wird das mindestens eine Keton ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Azeton, Butanon-(2) und/oder Kombinationen daraus.
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Vorzugsweise
wird der mindestens eine Ether ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Glycol-Methylen-Ether, Glycol-Ethyliden-Ether, Propylenglycol-Methyl-Ether,
Propylenglycol-Ethyl-Ether, Propylenglycol-Propyl-Ether, Propylenglycol-Isopropyl-Ether,
Propylenglycol-Butyl-Ether, den Propylenglycol-Isobutyl-Ethern und/oder
Kombinationen daraus.
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Bevorzugt
wird der mindestens eine Ester ausgewählt wird aus der
Gruppe bestehend aus Ethylacetat, Methylacetat und/oder Kombinationen daraus.
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Weiterhin
bevorzugt kann in einem vorgeschalteten Schritt mindestens ein Netzmittel
zugegeben werden.
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Es
ist nicht ohne weiteres zu erwarten, dass gut wasserlösliche
und wassermischbare Fluide in der Lage sind, Textilien zu reinigen,
die durch Blut, Eiter oder Urin – durch Eiweiße
also – verschmutzt sind. Hier wird man, wie bisher, in
einer ersten Stufe auf Nasswäschen inklusive Netzmittel
und evtl. Enzyme angewiesen sein. Allerdings könnte sich
hier die Verwendung der gut wasserlöslichen bzw. wassermischbaren
Fluide in einer zweiten Stufe zur vollständigen Entfernung
von Netzmittelresten anbieten, die sich bei konventionellem Vorgehen
nur durch viele Spülgänge und großen
Wasserverbrauch bis zur Unschädlichkeit verdünnen
lassen. Die Verwendung der genannten Fluide führt vorteilhaft
insgesamt zur Verringerung der Anzahl der Spülgänge
und zur Einsparung von Wasser. Mögliche Einwände
gegen die Verwendung der in diesem Zusammenhang neuen Fluide könnten
mit deren relativ niedrigen Flammpunkten argumentieren (Azeton, –20°C;
Isopropanol, +12° C). Dem ist zu begegnen mit dem Hinweis,
dass es inzwischen zum Stand der Technik zählt, kleine
und effektive Anlagen zur Erzeugung von Stickstoff zu verwenden,
um damit explosionsgefährdete chemische Anlagen zu fluten
und zu inertisieren. Auch muss bedacht werden, dass niedrige Flammpunkte
natürlich korrelieren mit niedrigen Siedepunkten, was die
destillative Abtrennung niedrig siedender Fluide wie Azeton und
Propanol von Wasser und von gleichfalls flüchtigen aber
höher siedenden Verunreinigungen des Waschgutes erleichtert.
Als Beispiel für eine solche Verunreinigung sei Buttersäure
(Schweiß) genannt, deren Siedepunkt bei 163°C
liegt und die damit bei der destillativen Regeneration des leichter flüchtigen
Fluids im Sumpf der Destillationsanlage zurückbleibt.
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Außerdem
stehen gemäß der vorliegenden Erfindung neben
den niedrig siedenden Extraktionsmitteln auch höher siedende
Fluide mit höheren Flammpunkten zur Verfügung
wie z. B. die als „hydrophilics" bekannten und gut wasserlöslichen
und teilweise auch wassermischbaren gemischt-funktionalen Glykoläther.
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Das
neue Verfahren bzw. die Fluid-Zusammensetzung kann zum einen vorteilhaft
sowohl die in der chemischen Reinigungspraxis bisher üblichen Kombinationen
von hydrophoben Fluiden, wie z. B. Perchlorethylen oder Paraffinen,
mit reinigungsverstärkenden, Öl-löslichen
Netzmitteln ersetzen als auch die in der Nasswäscherei übliche
Kombination von Wasser mit wasserlöslichen Netzmitteln.
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Das
Verfahren bzw. die Fluid-Zusammensetzung ermöglicht zudem
vorteilhaft in speziellen Fällen die wirksame Reinigung
von Textilien ohne den Rückgriff auf Netzmittel. Es ist
darum überall dort vorteilhaft einzusetzen, wo Netzmittelrückstände
in Textilien oder anderen Materialien zu Reizungen von biologischem
Gewebe wie z. B. Wunden oder Haut führen könnten.
Es garantiert nämlich, wenn konsequent durchgeführt,
die vollständige Entfernung von Netzmittelresten – und
dies bei nur geringem Wasserverbrauch.
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Das
Verfahren ermöglicht somit in allen Fällen, in
denen die Verwendung von Netzmitteln unumgänglich ist,
deren Entfernung in einer nachgeschalteten Stufe.
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Grundlage
des Verfahrens ist die Verwendung einer Fluid-Zusammensetzung niedermolekularer,
gut wasserlöslicher und vorzugsweise wassermischbarer organischer
Fluide, die ein hohes Aufnahmevermögen für sowohl
hydrophile als auch hydrophobe Substanzen besitzen. Beispiele hierfür sind
die niedermolekularen Ketone, insbesondere Aceton und Butanon-(2),
die niedermolekularen Alkohole, die niedermolekularen monofunktionellen
und bifunktionel len Ether, die jeweils unter verschiedenen Handelsnamen
auf dem Markt erhältlich sind, sowie schließlich
die niedermolekularen Ester, sowie Mischungen daraus. Darüberhinaus
sind weitere Komponenten denkbar.
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Als
Ergebnis des Verfahrens ist das Reinigungsgut biokompatibel gemäß DIN
EN ISO 10993.5
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Das
Verfahren hat den weiteren Vorteil, dass Reste des Fluids aus dem
gereinigten Gut schnell und insbesondere rückstandslos
verdampfen, biologisch abbaubar sind und keine nennenswerten Geruchsbelästigungen
mit sich bringen.
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Es
wird somit ein Verfahren bereitgestellt, welches als erschöpfender
extraktiver Prozess (z. B. nach Soxhlet) zur Reinigung und Biokompatibilisierung
von Textilien, vorzugsweise zur Vermeidung und/oder zur Entfernung
von Netzmitteln und zur Entfernung von Ausrüstungschemikalien
dient, wobei niedermolekulare, biologisch abbaubare, gut wasserlösliche
oder wassermischbare organische Fluide verwendet werden, die zudem
ein hohes Aufnahmevermögen für hydrophobe, hydrophile
und amphiphile Monomere sowie für hydrophobe Polymere besitzen.
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Der
extraktive Prozess kann einer konventionellen Trockenreinigung und/oder
einer konventionellen Nasswäsche nachgeschaltet sein.
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Die
Fluid-Zusammensetzung zur Verwendung in der Textilreinigung umfasst
zum einen gut wasserlösliche bzw. wassermischbare organische Fluide,
insbesondere Alkohole, vorzugsweise die Propanole und Äthanol.
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Die
Fluid-Zusammensetzung umfasst weiterhin gut wasserlösliche
bzw. wassermischbare organische Fluide, insbesondere Ketone vorzugsweise Azeton
und Butanon-(2).
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Ferner
werden gut wasserlösliche bzw. wassermischbare organische
Fluide, insbesondere Ester verwendet, vorzugsweise Äthyl-
und Methyl-Acetat.
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Die
oben genannten Fluide werden in azeotrop siedenden Mischungen untereinander
verwendet oder in Mischungen, vorzugsweise in azeotrop siedenden
Mischungen, mit Wasser und/oder anderen Fluiden, die ihrerseits
hydrophob sein können.
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Sämtliche
in den Anmeldeunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht,
sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand
der Technik neu sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN EN ISO
10993.5 [0002]
- - DIN EN ISO 10993.5 [0012]
- - DIN EN ISO 10993.5 [0014]
- - DIN EN ISO 10993.5 [0038]