Mit dem wachsenden Markt für Mehrkomponententechnik in der Medizintechnik, steigt auch der Bedarf an weichelastischen Kunststoffen mit speziellen Haftungseigenschaften. Vor diesem Hintergrund ist es Actega DS gelungen, neue transparente, weichelastische TPE-Varianten ihres Provamed-Portfolios zu entwickeln, welche die Kernanforderungen Transparenz, hohe Festigkeit, gute Haftung erfüllen. Gleichzeitig wird den einschlägig bekannten Regularien und Vorgaben im Hinblick auf Biokompatibilität, Toxizität und Patentensicherheit entsprochen. Darüber hinaus konnte ein Prüfverfahren zur Quantifizierung der Haftungseigenschaften im Materialverbund entwickelt werden.

Sichere Verbindung von Kunststoff-Komponenten verschiedener Härten

Die Mehrkomponententechnik wird häufig eingesetzt, um weiche Dichtungen an feste Bauteile anzubringen, beispielsweise Dichtungselemente in Verschlüssen, Spritzen, Dosiersysteme und Verbindungen für Katheterkupplungen. Die Gehäuse, Deckel, Verbindungsstücke, Spritzen oder Katheterkupplungen bestehen vielfach aus den hart-steifen Kunststoffen Polycarbonat (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), die sich durch hohe Festigkeit, Transparenz und Biokompatibilität auszeichnen. Für die Dichtungen, die verhindern sollen, dass Flüssigkeiten von außen eindringen oder auslaufen können, wurde häufig auf die klassische Option zurückgegriffen, Dichtungsringe aus Kautschuken oder Silikon einzulegen. Vorteil dieser Materialien: Gute Beständigkeit bei Medienkontakt und hoher Temperatur. Nachteil des Verfahrens: Das manuelle oder maschinelle Einbringen ist zeit- und kostenaufwändig und könnte unter Umständen auch die Fehleranfälligkeit erhöhen.

Eine Alternative ist das gezielte Anbringen des Dichtungselementes durch Spritzgießen. Hierbei kann
in einem Fertigungsschritt – das Spritzen der Hartkomponente mit an-schließendem Anspritzen der Weichkomponente – eine nahezu stoffschlüssige Verbindung zwischen weichelastischer Dichtung und hart-steifer Komponente kreiert werden. Hier wird zunächst die harte Komponente geformt, dann ein weiches Dichtelement direkt auf die harte Komponente aufgespritzt.

Beim Überspritzen mit einer Weichkomponente wird die Oberfläche der Hartkomponente erweicht, sodass eine Diffusion der Moleküle aus der Grenzschicht stattfinden kann. Diese ist unter anderem für die Qualität einer solchen Verbindung verantwortlich. Die Vorteile sind die Sicherheit homogener, stoffschlüssiger, fest verankerter Verbindungen verschiedener Materialien und die Einsparung aufwändiger Montagevorgänge und damit von Prozesszeit. Bei gleichzeitiger mechanischer Beanspruchung und Medieneinwirkung wie es häufig in medizintechnischen Anwendungen vorkommt, ist die Verbundfestigkeit haftungskompatibler Kunststoffkombinationen besonders wichtig. Diese wird maßgeblich über die Haftung zwischen Hart- und Weichkomponente beeinflusst, die wiederum diversen Einflussfaktoren unterliegt. Dazu gehört die Polarität der Fügepartner, die Oberflächenstruktur und -güte sowie die chemische Grundstruktur des Kunststoffes.
Gleichzeitig müssen die Materialien vielfältigen Produktfunktionen genügen. Der weiche Teil einer Katheterkupplung zum Beispiel muss einerseits spezifizierten Zugkräften standhalten, darf andererseits weder gequetscht noch sonst wie beschädigt werden.

Haftung optimiert

Für solche Anforderungen eignen sich TPE-Werkstoffe, da sie sich sehr gut mit vielen thermoplastischen Polymeren kombinieren lassen. Aber, die hart-steifen Kunststoffe PC und ABS der Hartkomponente haben sich hinsichtlich der Haftungsneigungen zu TPE als nicht optimal erwiesen. Um Abhilfe zu schaffen, führte der Rohstoffanbieter Untersuchungen durch, um die Haftung speziell zu diesen Kunststoffen zu optimieren. Durch Einarbeitung haftungsfördernder Komponenten und Reduzierung hemmender in die TPE-Formulierung konnten transparente, weichelastische TPE mit hervorragenden Haftungseigenschaften auf einer Vielzahl von Kunststoffen, besonders auf PC und ABS, entwickelt werden. So konnte eine Festigkeit von bis zu 3,0 kN auf PC und mehr als 2,5 kN auf ABS erreicht werden. Die Lösbarkeit einer solchen Materialverbindung ist lediglich durch mechanische Zerstörung eines der Fügepartner möglich.

Darüber hinaus konnte mithilfe einer Untersuchung der Zelltoxizität die Biokompatibilität nachgewiesen werden. Die Bewertung der haftungsoptimierten Provamed-TPE hat dabei gezeigt, dass kein negativer Einfluss auf die Zelltoxizität des Materials zu erwarten ist. Hierbei werden Materialien in Kontakt mit Zellen gebracht und nach definierter Kontaktdauer und Umgebungsbedingungen die Vitalität der Zellen untersucht. Die Vitalität der Zellen nach Kontakt mit dem Material-extrakt bewegt sich oberhalb von 95 Prozent.

Durch diese Neuentwicklung haftungsoptimierter TPE werden Hart-Weich-Kombinationen mit den in medizintechnischen Anwendungen gängigsten Kunststoffen PC und ABS sicherer und kostengünstiger.

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Über den Autor

Dennis Siepmann ist Business Development Manager bei Actega DS in Bremen. dennis.siepmann@altana.com