Entwicklung von antimikrobiell wirksamen Textilien durch mit Metallionen modifizierte Algenmaterialien

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes wurden neuartige antibakteriell wirksame Ausrüstungen für Textilien entwickelt. Diese Ausrüstungen basieren auf Kompositen, die sich aus einem Sol-Gel-basierten Bindersystem, unterschiedlichen Algen und als antibakteriell wirksam bekannten Metallionen (Kupfer, Zink und/oder Silber) zusammensetzen. Algen sind in der Lage Metallionen zu komplexieren, durch das Einbetten entsprechender Algen-Metall-Komplexe in eine Sol-Gel-Matrix konnten Release-Systeme synthetisiert und auf Textilien appliziert werden, die dem Produkt die gewünschten antibakteriellen Eigenschaften verleihen.

Zunächst wurde untersucht wie und in welchem Umfang ausgewählte Algenmaterialien die antibakteriell wirksamen Ionen aufnehmen können. Die Arbeiten wurden mit kommerziell verfügbaren Algenprodukten auf Basis von Chlorella vulgaris, Spirulina platensis, Lithothamnium calcareum und Braunalgen durchgeführt, wobei alle Produkte lebensmittelgeeignet sind, wodurch eventuelle Bedenken hinsichtlich möglicher Toxizitäten ausschlossen werden.

Im Folgenden konnte im Rahmen des Projektes gezeigt werden, dass es möglich ist, über entsprechende Komposite und abhängig von der Art und Menge der verwendeten Algen und Ionen vergleichsweise große Mengen der Ionen auf textilen Flächengebilden zu immobilisieren. Bei diesem Verfahren hängt die Stabilität der Ausrüstungsflotten, die über einfache Foulardierprozesse appliziert werden können, sehr stark von der Menge und dem Verhältnis der Algen und Ionen ab. Im Rahmen der Optimierung wurde festgestellt, dass spezielle Dispergieradditive auf Basis von Tonmineralien die Stabilität der Flotten signifikant erhöhen können.

Die in den Ausrüstungen gebundenen Ionen können anschließend, wie Releaseexperimente belegen, in wässrigen Medien langsam freigesetzt werden. Mikrobiologische Untersuchungen belegen sowohl für Kupfer-, Zink- und Silber-modifizierte Ausrüstungen antibakterielle Eigenschaften. Erwartungsgemäß erzielen die silberhaltigen Komposite deutlich bessere Aktivitäten, als die entsprechenden Kupfer- und Zinkvarianten. Versuche mit Kombinationen aus Kupfer und Zink erreichen deutliche Verbesserungen im Vergleich zu Ausrüstungen, die nur eines dieser Metalle enthalten. Mit dieser Kombination gelingt hinsichtlich der Aktivität eine deutliche Annäherung an die Wirksamkeit der entsprechenden silbermodifizierten Komposite. Verschiedene Ausrüstungen mit Kupfer erzielen gleichzeitig auch fungizide Wirkungen.

Untersuchungen zum Einfluss der Ausrüstungen auf bspw. die Elastizität und zur Abrasionsbeständigkeit zeigten keine negativen Effekte bzw. im Falle der Abrasionsbeständigkeit z.T. Verbesserungen. Untersuchungen zur Waschbeständigkeit belegen gute Ergebnisse hinsichtlich der Beständigkeit der Effekte, vor allem auf cellulosischen Substraten. Für Polyester-basierte Substrate wurden verschiedene Vorbehandlungen und alternative Ausrüstungsvarianten getestet, wobei eine Variante abgeleitet von einem HT-Prozess deutliche Verbesserungen der Beständigkeit erzielt.

Der Schlussbericht kann beim Deutschen Textilforschungszentrum angefordert werden.

Veröffentlichungen:

[1] B. Mahltig, J. Bidu, T. Grethe, P. Pascuali, Y. Kyosev,
“Rasterelektronenmikroskopie an textilen Oberflächen”
TextilPlus
, 2013, 1, issue 9/10, 30-33.

[2] B. Mahltig, U. Soltmann, H. Haase,
“Modification of algae with zinc, copper and silver ions for usage as natural composite for antibacterial applications”
Materials Science & Engineering C
, 2013, 33, 979-983.

[3] B. Mahltig, D. Schulenberg, T. Grethe, T. Textor, J.S. Gutmann, H. Haase,
“Biokomposit-basierte anorganische Ausrüstungsmittel zur effektiven antimikrobiellen Ausrüstung”
TextilPlus
, 2014, 2, issue 5/6, 27-30.

[4] T. Grethe, J. Bidu, B. Mahltig, H. Haase,
“Antimikrobielle Ausrüstung von Textilien durch modifizierte Tonminerale”
Technische Textilien
, 2014, 57, 26-28.

Angaben zum Forschungsvorhaben:

Forschungsthema:
Antimikrobielle Textilien durch Fixierung von modifizierten Algenmaterialien

Das Projekt wurde vom Deutschen Textilforschungszentrum Nord-West gGmbH (DTNW) in Kooperation mit dem Forschungsinstitut Textil und Bekleidung (FTB) der Hochschule Niederrhein durchgeführt.
IGF-Vorhaben Nr. 16876
Laufzeit: Juni 2012 – August 2014


Ansprechpartner:

für das DTNW
Dr. Torsten Textor, Tel.: +49 (0)2151-843-0, E-Mail: info@dtnw.de

für das FTB
Prof. Dr. Boris Mahltig, Tel.: 49 (0)2161 186-6128 E-Mail: boris.mahltig@hs-niederrhein.de