DE102009017678A1

DE102009017678A1 - Textillaminat und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE102009017678A1
Application number: DE102009017678A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schneider; Rainer G. Dr. Hanselmann; Andrea Cordella; Hermann Schirra
Original assignee: Car I T A & Co KG GmbH; Car Ita & Co KG GmbH; SARASTRO GmbH
Current assignee: Car I T A & Co KG GmbH; Car Ita & Co KG GmbH; SARASTRO GmbH
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Textillaminat und dessen Verwendung. Um ein neues Textillaminat zu schaffen, das eine dauerhafte antimikrobielle Wirkung aufweist, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass das Textillaminat ein antimikrobielles und schmutzabweisendes Obermaterial aufweist, unter der eine antimikrobielle, wasserdichte und dampfdurchlässige Membran angeordnet ist, die auf einem dampfdurchlässigen Untermaterial angeordnet ist. Durch die Kombination der unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Schichten des Textillaminates gelingt es, einen optimalen Schutz gegen Keime zu erreichen und gleichzeitig den Innenbereich vor Feuchtigkeit und Schmutz zu schützen sowie Wasserdampf nach außen hin abzuleiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Textillaminat und dessen Verwendung.
In vielen Gebieten der Technik stellt sich das Problem, daß Textilien einer starken Keimbelastung ausgesetzt sind. Beispielsweise besteht bei Fahrzeugen das Problem, daß die Textilien im Fahrzeuginnenraum sehr stark mit Keimen belastet sind. Es wird daher versucht, antimikrobielle Beschichtungen auf Textilien aufzubringen, jedoch waren diese Bemühungen bisher nicht sehr erfolgreich. Insbesondere eine dauerhafte antimikrobielle Wirkung kann gemäß dem Stand der Technik nicht erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Textillaminat zu schaffen, das eine dauerhafte antimikrobielle Wirkung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Textillaminat ein antimikrobielles und schmutzabweisendes Obermaterial aufweist, unter der eine antimikrobielle, wasserdichte und dampfdurchlässige Membran angeordnet ist, die auf einem dampfdurchlässigen Untermaterial angeordnet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß zwischen der Membran und dem Untermaterial ein druckdämpfender, luftdurchlässiger Abstandshalter angeordnet ist.
Durch die Kombination der unterschiedlichen Eigenschaften der einzelnen Schichten des Textillaminates gelingt es, einen optimalen Schutz gegen Keime zu erreichen und gleichzeitig den Innenbereich vor Feuchtigkeit und Schmutz zu schützen sowie Wasserdampf nach außen hin abzuleiten. Dies erfolgt im einzelnen durch die vier Komponenten:

• Keime werden durch die antimikrobielle Beschichtung des Obermaterials abgetötet Die schmutzabweisende Beschichtung des Obermaterials sorgt dafür, daß die Anhaftung von Keimen und Schmutz reduziert wird.
• Die ebenfalls antimikrobielle Membran dient als mechanische Barriere für Bakterien, Mikroben und Schmutz, schützt die darunter liegenden Schichten vor diesen und reduziert die Geruchsbildung. Sie dient außerdem als Wasserbarriere, ist jedoch für Wasserdampf durchlässig. Vorteilhafterweise hat die Membran eine fungizide und bakterizide Wirkung, was durch reguläre und nanopartikulare Biozide erreicht wird.
• Der optional vorliegende Abstandshalter ist ein Stützgewebe. Er verbessert die klimatischen Bedingungen und erhöht den Sitzkomfort des Textillaminates.
• Das Untermaterial ist ebenfalls ein Stützgewebe, welches ebenfalls dampfdurchlässig ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß das Untermaterial metallisiert ist.
Hierdurch wird eine Wärmereflexion erreicht, die einem Auskühlen des Innenbereiches entgegenwirkt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die antimikrobiellen Eigenschaften des Obermaterials bzw. der Membran dadurch erreicht werden, daß ein Träger vorgesehen ist, der eine leichtlöslich vorliegende biologisch aktive Komponente und eine Umsetzungskomponente aufweist, mit dem die leichtlöslich vorliegende Komponente in eine schwerlösliche Komponente überführbar ist.
Eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der Träger eine poröse Struktur aufweist.
Schließlich liegt auch die Verwendung des Textillaminates für medizinische Textilien, Bekleidungen oder technische Textilien im Rahmen der Erfindung.
Im Rahmen der Erfindung wurden leichtlöslich vorliegende biologisch aktive Komponenten in Träger, insbesondere poröse Träger, aufgenommen und durch die Anwesenheit der Umsetzungskomponente eine Umsetzung der leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente in die jeweilige schwerlösliche Komponente erreicht, um einen antimikrobiellen Langzeiteffekt zu generieren.
Überraschenderweise hat sich beispielsweise gezeigt, daß sich bei Verwendung von Natriumpyrithion als leichtlöslichem Biozid, welches man in die Porosität eines nanoskaligen Trägers (z. B. Aerosil, Zeolith etc.) eingebracht hat, in Anwesenheit von Zinkverbindungen an der Grenzfläche des porösen Trägers zur Umgebung hin eine schwerlösliche Haut aus antimikrobiellem Zinkpyrithion ausbildet.
Es entsteht hierbei eine nanoskalige Struktur, die gut in Beschichtungen integriert werden kann. Das leichtlösliche Biozid wird in die Porosität des Trägers eingelagert und an der Grenzfläche (dort, wo Natriumpyrithion aus der Porosität des Trägers extrahiert wird), bildet sich in Anwesenheit von Zink schwerlösliches Zink-Pyrithion aus, welches zum einen selbst wieder biozid wirkt und zum anderen das Natriumpyrithion daran hindert, extrahiert zu werden.
Die so hergestellten Strukturen können homogen in Beschichtungssysteme integriert werden und bewirken einen antimikrobiellen Langzeitschutz.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, sind drei Punkte von Bedeutung:

a) der Träger, auf oder in welchem die schwerlösliche Struktur generiert wird,
b) die leicht löslich vorliegende biologisch aktive Komponente A, die insbesondere durch einen Austausch kationischer oder anionischer Bestandteile in eine schwerlösliche Komponente C überführt wird,
c) die Umsetzungskomponente B, die das Alternativ-Ion zur Verfügung stellt, um die schwerlösliche Komponente C herzustellen.

Was den Träger anbelangt, in welchem die schwerlösliche Komponente generiert wird, so können einerseits alle porösen Strukturen eingesetzt werden. Dazu zählen nano- oder mikropartikulär vorliegende pyrolytisch hergestellte Kieselsäureester, hochporöse Aluminosilikate, poröse Gläser, poröse Kunst- und Naturstoffe wie z. B. Cellulosemembranen, Polyethersulfonmembranen, ePTFE-Teile, aus Mikrogranulaten oder Granulaten unvollständig gesinterte Kunststoffe, Chitin- oder Chitosankörper, Holz, Papier und poröse Baumaterialien, wie Beton, Zement, Gips oder Stein. In diese Systeme werden entweder die leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponenten oder die Umsetzungskomponenten, die das Alternativ-Ion zur Verfügung stellen, um die schwerlösliche Komponente herzustellen, über unterschiedliche Infiltrationsprozesse wie Vakuuminfiltration, Druckinfiltration, Kapillarinfiltration u. a. eingebracht.
Ebenso können nano- oder mikropartikuläre Strukturen, Flachsubstrate, Faserstoffe oder Fasern aus organischen oder anorganischen Grundmaterialien als Träger eingesetzt werden, die selbst in der Lage sind, Kationen abzugeben und mit den leichtlöslichen Komponenten schwerlösliche Verbindungen auszubilden. Ebenfalls sind Kombinationen aus dem ersten und dem zweiten Ansatz denkbar, d. h. es werden nano- oder mikropartikuläre Strukturen, Flachsubstrate, Faserstoffe oder Fasern aus organischen oder anorganischen Grundmaterialien eingesetzt, die zwar nicht in der Lage sind, die Kationen abzugeben, die aber in der Lage sind, aus den leichtlöslichen Komponenten schwerlösliche Komponenten auszubilden. Hierbei können solche Kationen beispielsweise über einen Prozeß der Oberflächenmodifikation (z. B. Dipcoating, Flow Coating, Spray coating, Spin coating, electroplating, KTL) zur Verfügung gestellt werden.
Was die biologisch aktiven leichtlöslich vorliegende Komponente anbelangt, so können biologisch aktive Substanzen (z. B. Biozide) verwendet werden, die generell in der Lage sind, über einen Austausch kationischer oder anionischer Komponenten eine schwerlösliche Verbindung auszubilden. Das sind bevorzugt Salze von Metallen der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere Alkaliverbindungen (wie z. B. Natriumpyrithion, Tosylchloramidnatrium, Natriumdimethyldithiocarbamat, Natriumpentachlorphenolat, Natrium-2-biphenylat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumbenzoat, Dinatriumtetraborat, Natriumdichlorisocyanurat, Natriumhalogenide, Natriumsulfat, Dinatriumdisulfit, Natriumchlorit, Natriumchlorat, Natriumperoxodisulfat, Natriumdichromat, Dinatriumoctaborat, Silbernatriumhydrogenzirkoniumphosphat, Natriumsalicylat, Natriumcarbonat, Natriumhydrogendifluorid, Kieselsäure Natriumsalz, Trinatriumorthophosphat, Natriumnitrit, Natriumperborat, Kaliumbiphenylat, Kaliumpermanganat, Kaliumsulfit, Dikaliumdisulfit, Kaliumthiocyanat, Kaliumoleat, Kaliumbenzoat, Kaliumsilikat, Kaliumdichromat, Lithiumhypochlorit), aber auch anderweitige leichtlösliche Verbindungen wie z. B. Silbernitrat oder Kupfersulfat.
Was die schwerlösliche Komponente anbelangt, so bestehen die folgenden beiden Alternativen:
Wenn das System eine schwerlösliche Verbindung durch kationischen Austausch ausbildet, so können als Kationenlieferanten bestimmte Metalle oder deren ionische Verbindungen (z. B. Oxide, Komplexe) aus den Hauptgruppen des Periodensystems der Elemente (z. B. Aluminium, Gallium, Indium, Tantal, Zinn, Blei, Wismut, Polonium) sowie alle Metalle oder deren ionische Verbindungen (z. B. Oxide, Komplexe) aus den Gruppen der Übergangsmetalle und der seltenen Erden dienen.
Bildet das System hingegen eine schwerlösliche Verbindung durch anionischen Austausch aus, so können als Anionenlieferanten alle nicht schwerlöslichen Salze der ersten und zweiten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente dienen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Textillaminates,
2 eine erste Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften,
3 eine zweite Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften,
4 eine dritte Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften.
In 1 ist schematisch ein Textillaminat gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es besteht aus einem antimikrobiellen und schmutzabweisenden Obermaterial 1 aufweist, unter dem eine antimikrobielle, wasserdichte und dampfdurchlässige Membran 2 angeordnet ist, an die sich ein druckdämpfender, luftdurchlässiger Abstandshalter 3 anschließt, der auf einem dampfdurchlässigen Untermaterial 4 angeordnet ist.
Das Obermaterial 1 stellt in der Regel eine Schnittstelle zu einem biologischen System (z. B. dem menschlichen Körper) dar und besteht aus Gewirken, Gestricken, Geweben oder Vliesen, die vorzugsweise aus Polyester, Polyurethanen, Polyamiden, Polypropylenen oder Naturfasern, wie Baumwolle, Viskose, Bambusfasern, Hanf oder Sisal bestehen. Diese können optional hydrophil, hydrophob oder katalytisch wirkend ausgestattet sein.
Zum Erreichen einer Transportfunktion, insbesondere dem Eliminieren von Schweiß, ist die Membran 2 vorgesehen, die entweder einen Stofftransport durch Diffusion oder durch Porenpermeation ermöglicht und beispielsweise aus Polyurethanen, Polyester, Polytetrafluorethylen, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), Polypropylen, Polyethersulfon oder Polyamid besteht.
Optional kann die Transportfunktion dadurch verstärkt werden, daß die Membran auf einen Abstandshalter 3 aus Polyamiden, Polyester oder Polypropylenen oder auf einen offenzelligen porösen Schaum kaschiert ist, der z. B. aus Polyurethanestern oder Polyurethanethern besteht. Mit der Einbringung eines solchen Abstandshalters 3 können die Transportfunktionen verbessert werden und es kann eine gegebenenfalls erforderliche druckdämpfende Wirkung erzeugt werden.
Das Untermaterial 4 des Textillaminates besteht vorzugsweise aus einer Folie, einem Vlies, einem Gewebe, einem Gestrick oder einem Gewirk, welches die oberen Schichten verstärkt und beispielsweise aus Polyester, Polyurethanen, Polyamiden, Polypropylenen, Polyethylenen oder Mineralfasern, z. B. Glasfasern, besteht. Durch die Verwendung von reflektorisch wirkenden Materialien, z. B. einer metallbedampften Polyesterfolie, kann zusätzlich eine reflektorische Wirkung erzielt werden, die eine Wärmeisolierung oder eine Abschirmung gegen Hochfrequenzfelder ermöglicht.
Bei der in 2 dargestellten ersten Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften werden poröse Träger T mit der Lösung einer leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A infiltriert und anschließend in ein Medium gegeben, das kationische oder anionische Umsetzungskomponenten B beinhaltet, die in der Lage sind, mit der aus den Hohlräumen der porösen Träger diffundierenden oder migrierenden leichtlöslich vorliegenden Komponente A eine schwerlösliche Komponente C zu bilden. Dabei wird eine Kern-Hülle-Struktur geschaffen, die aus einem porösen Träger T besteht, dessen Poren mit einer leichtlöslichen biologisch aktiven Komponente A gefüllt sind, und einer Hülle aus der schwerlöslichen Komponente C, die idealerweise auch eine biologische Aktivität aufweist, aber primär schwerlöslich ist und somit zwei Grundfunktionen hat: Zum einen wird die leichtlöslich vorliegende biologisch aktive Verbindung an einer zu schnellen Extraktion gehindert, was einen Langzeiteffekt der biologischen Aktivität zu Gute kommt und zum zweiten wird die Hülle ebenfalls aufgrund ihrer Schwerlöslichkeit langsam extrahiert oder aufgelöst. Je nach Löslichkeitsprodukt und etablierter Dicke der Hülle aus der schwerlöslichen Komponente C kann somit das Extraktionsverhalten der leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A signifikant beeinflußt werden.
Bei der zweiten Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften, welche in 3 dargestellt ist, wird in exakt umgekehrter Weise mit Trägern T verfahren, welche per se in der Lage sind, die zur Umwandlung von leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponenten A in schwerlösliche Komponenten C notwendigen Umsetzungskomponenten B zur Verfügung zu stellen. Diese Träger T, seien es nano- oder mikropartikuläre Strukturen, Flachsubstrate, Faserstoffe oder Fasern aus organischen oder anorganischen Materialien, werden durch physikalische Verfahren benetzt, getränkt, infiltriert und geraten somit in Kontakt mit den eichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponenten A unter Ausbildung einer oberflächennahen und in vielen Fällen filmbildenden schwerlöslichen Komponente C. Der Träger T erfahrt auf diesem Weg eine biologische Aktivierung.
Bei einer dritten Variante zum Erreichen der antimikrobiellen Eigenschaften (4) werden poröse Träger T mit einer Komponente, in die Umsetzungskomponente B integriert ist, an ihrer inneren Oberfläche über einen Beschichtungsprozeß mit einem Film ausgekleidet, welcher in der Lage ist, die Umsetzungskomponente B abzugeben. Wird die Porosität des Trägers T mit der leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A infiltriert, so findet in der Pore eine Strukturumwandlung von der leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A zur schwerlöslichen Komponente C statt.
Beispiel 1:
Hierbei wird entsprechend 2 ein poröser Träger T mit einer leichtlöslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A infiltriert und anschließend mit der Umsetzungskomponente B unter Ausbildung der schwerlöslichen Komponente C behandelt.
Es wird ein 10 cm² großes Stück einer porösen e-PTFE-Folie mit einer wäßriger/lösemittelbasierten 0,1 molaren Na₃PO₄-Lösung infiltriert. Im Anschluß erfolgt ein Trocknungsschritt (Temperatur 10°C oberhalb des Siedepunktes der Lösemittel) zur Evaporation der/des Lösemittel(s). Diese mit der Na₃PO₄-Lösung infiltrierte Folie wird in eine 0,1 molare FeCl₃-Lösung getaucht. Unter Rühren bildet sich die schwerlösliche und biologisch aktive FePO₄-Verbindung aus.
Beispiel 2:
Bei diesem Beispiel wird entsprechend 3 ein nicht poröser Träger T, der in der Lage ist, die Umsetzungskomponente B darzustellen, mit der leicht löslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A unter Ausbildung der schwerlöslichen Komponente C behandelt.
20 g einer nanopartikularen Zinkoxid-Dispersion (z. B. Nanobyk-3860, Fa. BYK Additives&Instruments, 50% Nanopartikelgehalt, 60 nm Partikelgröße) werden vorgelegt und gerührt. 5 g einer wässrigen 1%igen Natriumpyrithionlösung werden hinzugegeben. Das Gemisch wird 10 min gerührt. Die Farbveränderung deutet auf die Mikrofällungsreaktion hin (aus den Zinkoxid-Nanopartikeln löst sich kationisches Zink heraus und bildet mit dem Pyrithion-Anion das schwerlösliche Zinkpyrithion). Die resultierenden Partikel werden durch einen Dialyseprozess von der Umgebung separiert. Die so aufgereinigte Zinkoxid/Zinkpyrithion Dispersion (Partikelgröße der Primärpartikel ca. 70–100 nm) kann als antimikrobielles Additiv in Beschichtungssysteme eingebracht werden. Die so modifizierten Beschichtungssysteme haben im Vergleich zu zinkoxid- oder natriumpyrithion-modifizierten Beschichtungssystemen eine um Faktor 10 verlängerte antimikrobielle Eigenschaft (getestet wurde der Testkeim Candida albicans gemäß ASTM E 2180). In entsprechender Weise kann mit nano- oder mikropartikulären Eisenoxid-, Silber-, Silberoxid-, Zink-, Titandioxid-, Titan-, Kupferoxid- oder Kupferdispersionen gearbeitet werden.
Beispiel 3:
Hierbei wird entsprechend 4 ein poröser Träger T mit einer Substanz behandelt, die in der Lage ist, die Umsetzungskomponente B darzustellen. Anschließend erfolgt eine Infiltration mit der löslich vorliegenden biologisch aktiven Komponente A unter Ausbildung der schwerlöslichen Komponente C in der Systemporosität.
Eine zellulosebasierte Membran mit einer Durchgängigkeit von 0,45 μm wird während 10 Minuten zur Infiltration in eine 0,3 molare Kupferacetatlösung eingelegt. Nach einem zwischenzeitlichen Trocknungsschritt (24 h bei Raumtemperatur oder beschleunigt bei 80°C für 2,5 Stunden) wird in einem nächsten Schritt die vorbehandelte Membran in eine 0,75%ige wäßrige Natriumpyrithion-Lösung eingetaucht, 5 Minuten in der Lösung belassen und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 2 mm/s aus der Lösung gezogen oder mit einer 0,75%igen wäßrigen Natriumpyrithion-Lösung durchspült (Durchflußgeschwindigkeit 1 ml/min). Nach einem anschließenden Trocknungsschritt (24 h bei Raumtemperatur) ist die Membran einsatzbereit oder kann gelagert werden. Anhand der unveränderten Durchgängigkeit der Membran wird gezeigt, daß die Beschichtung keinen negativen Einfluß auf die Membraneigenschaften hat. Durch diese Prozedur wird die Membran mit einer Antifouling-Schicht ausgestattet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM E 2180 [0039]

Claims

Textillaminat, dadurch gekennzeichnet, daß das Textillaminat ein antimikrobielles und schmutzabweisendes Obermaterial aufweist, unter der eine antimikrobielle, wasserdichte und dampfdurchlässige Membran angeordnet ist, die auf einem dampfdurchlässigen Untermaterial angeordnet ist.
Textillaminat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran und dem Untermaterial ein druckdämpfender, luftdurchlässiger Abstandshalter angeordnet ist.
Textillaminat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Untermaterial metallisiert ist.
Textillaminat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die antimikrobiellen Eigenschaften des Obermaterials bzw. der Membran dadurch erreicht werden, daß ein Träger vorgesehen ist, der eine leichtlöslich vorliegende biologisch aktive Komponente und eine Umsetzungskomponente aufweist, mit dem die leichtlöslich vorliegende Komponente in eine schwerlösliche Komponente überführbar ist.
Textillaminat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine poröse Struktur aufweist.
Verwendung des Textillaminates für medizinische Textilien, Bekleidungen oder technische Textilien.