Für medizintechnische Anwendungen ist das TPE-Angebot gewachsen, (Bildquelle: Hexpol)

Besonders für den Medizintechnikmarkt wächst das Angebot an Thermoplastistischen Elastomeren (TPE) stetig. Doch Produkte in der Medizin- und Pharmatechnik müssen hohen Ansprüchen an Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit gerecht werden. Thermolast M Compounds von Kraiburg TPE besitzen alle Zertifikate der gängigen Biokompatibilitätszulassungen. Die TPE sind nach DIN ISO 10993-5 (Zytotoxizität), -10 (Intrakutan Irritation), -11 (Akute System Toxizität), USP Class VI (Kapitel 88), USP 661 (in vitro) und DIN ISO 10993-4 (Hämolyse) zertifiziert. Diese Zulassungen ermöglichen eine Verarbeitung bis hin zum Haftungsrisiko des direkten Medikamenten- und Blutkontakts. Mit den Compound können die Verarbeitungsstandards im Reinraum eingehalten werden. Die Materialien sind nach den gängigen Methoden mit EtO-Gas, Gammabestrahlung, Plasma oder auch durch Heißdampf sterilisierbar.

Eine neue TPE-Familie für medizinische Gießfolien bietet die gleiche Elastizität, die gleiche Haltbarkeit und die gleiche Haptik wie Latex, ohne dass man Bedenken wegen allergischer Reaktionen, wegen des Geruchs oder wegen im Produkt verbleibender Härtereste haben muss. Das latexfreie TPE-Foliensortiment der Marke Medalist von Teknor Apex umfasst Qualitäten, die speziell für Aderpressen und Bänder (Medalist MD-17340), Gymnastikbänder und Gummitücher (Medalist MD-10233 und MD-13240) und Zahnärztliche Abdeckungen (Medalist MD-10308) vorgesehen sind.

Gynmastikbänder erfreuen sich zunehmend großer Beliebtheit und lassen sich aus TPE herstellen. (Bildquelle: Teknor Apex)

Alle sind weltweit als gebrauchsfertige Standardqualitäten und als kundenspezifische Formulierungen lieferbar. Wie die anderen medizinischen Elastomere der Reihe Medalist bestehen die neuen Compounds aus von der US-Gesundheitsbehörde FDA zugelassenen Inhaltsstoffen, sie entsprechen der ISO 10993-5 und sind REACH-SVHC-konform, sie sind frei von Phthalaten und werden in Werken, die nach ISO13485 zertifiziert sind, in den USA und – ab Januar 2017 – in Singapur hergestellt. Die Compounds ermöglichen erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber Latex und anderen duroplastischen Kautschukprodukten wie beispielsweise Nitril oder Neopren. Diese sind einem niedrigeren Preis pro Kilogramm, dem Wegfall des Aushärteschritts und der inhärent höheren Verarbeitungseffizienz von Thermoplasten zuzuschreiben. Die Vorteile der Thermoplastverarbeitung eröffnet Medizintechnikherstellern neue Geschäftsmöglichkeiten, so Ross van Royen, Senior Market Manager für regulierte Produkte. „Kautschuk ist sowohl hinsichtlich der nötigen Maschinen als auch hinsichtlich der Produktionsmethoden schwierig zu extrudieren“, sagte Herr van Royen. „Weil es viel einfacher und preiswerter ist, einen TPE-Extrusionsprozess als einen für Kautschuk aufzusetzen, ist es für die Unternehmen möglicherweise attraktiv, Folienprodukte selbst herzustellen, statt deren Herstellung auszulagern.“

TPE als Verpackungsmaterial

Für die Verpackung medizintechnischer oder pharmazeutischer Produkte bietet Actega DS ölfreie TPE-Compounds an. Die in diesen Verpackungen eingesetzten Werkstoffe, dürfen nicht mit dem Füllgut reagieren. So können weder bei der Polymerisation gesundheitlich bedenkliche Stoffe verwendet werden, noch darf es zu einer Migration unterwünschter Stoffe in Arzneimittel kommen. Diese TPE-Compounds sind frei von PVC-, Silikon, Latex und Weichmachern. Sie verfügen über hohe Transparenz, Soft-Touch-Haptik, Knickstabilität/Verformungsresistenz, sehr gute Dicht- und Hafteigenschaften sowie Sterilisationsfähigkeit. Für Schlauchsysteme sind beispielsweise Transparenzeigenschaften mit klarer Sicht auf den Durchfluss von entscheidender Bedeutung. Knickstabilität ist ein Muss, damit Flüssigkeiten und Gase problemlos und behinderungsfrei durchfließen können. Wichtige Elemente sind darüber hinaus gute Dämpfungseigenschaften, hohe Rückstellfähigkeit nach Verformung sowie Beschichtungsfähigkeit für reibungsarme Oberflächen. Gegenüber dem Standardpackmittel Glas für flüssige Medikamente hat eine TPE-Rezeptur den Vorteil, dass eine Auslaugung alkalischer Bestandteile aus dem Glas nicht stattfinden kann. Die hohe Reinheit im Einklang mit den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Provamed-Compounds machen Arzneimittelverpackungen, die auf diesem Material basieren, besonders geeignet für die Lagerung von Pharma- und Medizinprodukten. Hinzu kommen ein geringes Gewicht der Verpackungen, Bruchsicherheit, sehr gute chemische und Medienbeständigkeit sowie hohe Transparenz. Der Anteil extrahierbarer Substanzen wurde minimiert.

Der nur einmal zu gebrauchende Verschluss sorgt dafür, dass die Kariesbehand-lung für den Patienten unter den bestmöglichen hygienischen Bedingungen erfolgt. (Bildquelle: Spang & Brands)

Auf TPE baut auch der Verschluss einer Composite Unit Dose von Spang & Brands, Friedrichsdorf, und Pheneo, Bremen, auf. Der Verschluss öffnet sich mit einem deutlichen Klick und lässt sich dann nicht mehr verschließen. So verhindert der Verschluss mit TE Versiegelung Mehrfachverwendung und Kontaminationsgefahren. Die Pheneo Click!-CUD dient damit im Dentalbereich als Primärverpackung für die einmalige Applikation. Für die Weichkomponente, wurde ein TPE-Compound eigesetzt, das mit der PBT-Rezeptur der lichtresistenten PBT-Kompule (Hartkomponente) harmonisiert. Die innovative Verbindungstechnik aus harten und weichen Materialien musste gewährleisten, dass der TE-Verschluss erst bei einer bestimmten Zugkraft – und mit einem deutlich hörbaren „klick“ – abreißt, ohne Partikel zu hinterlassen. Ferner musste das TE-Material so definiert sein, dass das pheneo click! nach der Applikation unbrauchbar wird: die Kanüle lässt sich nicht wiederverschließen. Neben der war gleichzeitig eine schlanke Konstruktion zu gewährleisten. Schmale, tiefe Fließwege mussten für diverse Füllmassen berücksichtigt werden, die bei unterschiedlichen Drücken appliziert werden. Die Herausforderung war, die jeweilige Füllmasse rückstandslos und rückstromfrei auszutragen. Das Ergebnis ist eine Verpackung, die den geforderten Ansprüchen gerecht wird, aber dabei nur ein Gewicht von 0,5 Gramm auf die Waage bringt.

Strenge Richtlinien gelten auch für Werkstoffe, die in Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden. Für ein Dosierventil für zähflüssige Lebensmittel entwickelte Kraiburg TPE, Waldkraiburg, ein Compound Thermoplast K, das den Lebensmittelkonformitäten der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) und EU-Regulation Nr. 10/2011 entspricht. Die Verpackung öffnet sich nur bei einem definierten Druck und verschließt sich, wenn dieser nachlässt. Das ermöglicht ein einfaches und sauberes Dosieren sowie eine verlängerte Haltbarkeit des verpackten Produktes, da das Prinzip ein Verschmutzen und Oxidieren vermeidet. Das Produkt hat ein geringes Migrationsverhalten im Kontakt mit Lebensmitteln. Die Reihe für Ventile aus dem Bereich Consumer lässt sich im 2-Komponenten-Spritzgussverfahren mit Polyolefinen verarbeiten, bei dem Hart- und Weichkomponente aneinander haften. Zudem reduziert das Verarbeitungsverfahren die Prozesszeit und -kosten. Das thermoplastische Verpackungssystem aus Polyolefinen und TPE lässt sich aufgrund einer ähnlichen Roh-Stoffbasis gemeinsam recyceln.

Als Dichtungsmaterial kommt auch das TPE Provalin von Actega DS, Bremen, infrage. Es eignet sich als Dichtmasse für Vakuum-Drehverschlüsse in der Getränkeindustrie und erfüllt US Food and Drug Administration (FDA)-Vorschriften.

TPE punktet mit angenehmer Haptik

Die angenehme Haptik ist ein weiteres besonders hervorstechendes Merkmal von TPE, mit dem die Werkstoff-Klasse im Markt punktet. Daher hat Hexpol TPE, Eupen, Belgien, seine Familie thermoplastischer Elastomer-Compounds, um Dryflex Touch erweitert, eine Serie von TPEs, die für ein außergewöhnlich seidiges und spürbar sanftes Gefühl sorgen. Mehrere dieser Serien wurden mit Eigenschaften entwickelt, die auf Anwendungen wie tragbare Technologien, Unterhaltungselektronik, Schutzhüllen für Smartphones und Tablets, Armbänder, Griffe und Verpackungen zugeschnitten sind. Die TPE-Compounds fühlen sich glatt und samtig an, sind nicht klebend und pflegeleicht. Zudem verfügen sie über eine gute Kratz- und Abriebfestigkeit. Die TPE-Typen sind in Härten von 30 bis 90 Shore A verfügbar, können problemlos in einer Vielzahl leuchtender Farben eingefärbt werden und sind Latex- und PVC-frei. Sie umfassen UV-beständige Typen sowie Compounds deren Rohstoffe für Lebensmittelkontakt zugelassen sind. Die TPE-Compounds ermöglichen eine effiziente Verarbeitung mittels Spritzguss mit Typen, die für Mehrkomponentenanwendungen auf Substrate wie PP, PE, ABS, PC und TPU aufgespritzt werden können.

Appliktionsbeispiel Schaltknauf (Bildquelle: Polykemi)

Auch interessant ist, dass nun ein Polypropylen Compounds mit den ähnlichen angenehmen haptischen Eigenschaften zu Verfügung steht, die sonst nur von einem thermoplastischen Polyurethan bekannt sind. Polykemi, Ystad, Schweden, entwickelte in Zusammenarbeit mit einem internationalen OEM Schaltknäufe für den asiatischen Markt, auf Basis von Polypropylen. Die Vorteile wie eine 15-prozentige Gewichtseinsparung plus eine hohe zweistellige Einsparung über den Kilopreis – hier im Vergleich zur vom OEM eingesetzten Qualität eines führenden TPU-Produzenten – waren ausschlaggebend diese gemeinsame Entwicklung umzusetzen. Polyfill PP Touch 35025Q UV ist eine Neuentwicklung mit einem mineralischen Füllstoff und erfüllt die Anforderungen des Anwenders an geringen Verzug sowie guter Fließfähigkeit aufgrund schwieriger Konturen und unterschiedlicher Wandstärken. Die neue Qualität wird sowohl in Europa als auch in Asien gefertigt und vermarktet. Weitere Typen mit unterschiedlichsten Mineralien, Fasern und Füllstoffgehalten sind verfügbar.

TPE im Automobil

Neben der Consumer-, Medizin- und Pharma-Industrie bietet die Automobilindustrie großes Marktpotenzial für TPE. Ein neues thermoplastisches Styrolblock-Copolymer-Elastomer (TPE-S) für Kfz-Innenraumteile wie zum Beispiel Kanelkanäle und Kabeldurchführungen, das im Vergleich zu anderen Elastomeren besser spritzgießbar ist, gleichzeitig vergleichbare physikalische Eigenschaften besitzt und strenge Anforderungen der OEMs erfüllt, wurde vonr Teknor Apex Company vorgestellt. Das Compound Sarlink ML-2355B wurde von der VAG für Kabelkanäle freigegeben. Diese Kanäle dienen dazu, Kabel in ihrem verwinkelten Weg durch die Hohlräume in Säulen und anderen Strukturen in der Fahrgastzellenwand zu führen und sind komplexe Bauteile mit langen Fließpfaden und vielen Hinterschneidungen, was dazu führt, dass sie schwierig zu formen und zu entformen sind. Im Vergleich zu anderen Elastomeren, aus denen Kabelkanäle hergestellt werden, zeichnet sich Sarlink ML-2355B durch eine niedrigere Viskosität für bessere Formbarkeit, ein breiteres Verarbeitungsfenster und eine größere Bindenahtfestigkeit aus, was das Entformen mithilfe von Druckluft erleichtert.

Im Gegensatz zu Standard-TPE-S-Compounds zeigt es keine Materialüberlastungsstellen aufgrund der Verformung beim Ausstoßen aus der Gießform und es vermeidet die Schwierigkeiten beim Entformen von Bauteilen aus thermoplastischen Vulkanisaten mit starken Hinterschneidungen. Sarlink ML-2355B TPE-S bietet darüber hinaus zahlreiche Vorteile gegenüber duroplastischem EPDM-Kautschuk. Die niedrigere Dichte führt zu 20 % Gewichtseinsparung und es bietet – als Thermoplast – den Vorteil des Recyclings von Produktionsabfällen. „Zu den Vorteilen gegenüber EPDM bezüglich der Verarbeitbarkeit zählen kürzere Zykluszeiten, leichtere Herstellung komplexer Geometrien, Adhäsion an Polypropylen beim Zwei-Komponenten-Formen und die Tauglichkeit für ein roboterunterstütztes Entformen, was bei EDPM unmöglich ist“, sagte Ger L. Vroomen, Leiter Automotive-Markt bei Teknor Apex.

„Sarlink ML-2355B bleibt auch über einen breiteren Temperaturbereich elastisch und bietet ein besseres Biegewechselfestigkeitsverhalten.“ Zu den OEM-Bauteilspezifikationen für den VAG-Kabelkanal zählen ein Betriebstemperaturbereich von -40 bis 90 °C; ein Brandverhalten gemäß Entflammbarkeitsstandard TL-1010 für PKW-Innenräume; eine elektrische Isolierung gemäß Spezifikation PV 1015; Wasserdichtheit und das Bestehen von Wetterbeständigkeitstests über ein Jahr sowohl in feucht-heißem als auch in wüstentrockenem Klima. Die Mindestmaterialanforderungen für OEMs beinhalten für diese Anwendung Gerüche und Emissionen, Zugfestigkeit und Dehnung, unveränderte physikalische Eigenschaften nach 94 Stunden Wärmealterung bei 90 °C und die Vermeidung von Rissen oder Oberflächenveränderungen nach 700 Stunden Wärmealterung bei 150 °C.

Die Kombination aus Elastizität und hoher mechanischer Festigkeit macht es möglich, mit Hilfe des 3D-Saugblasformens den gesamten Kanal in einem Stück herzustellen. (Bildquelle: DSM)

Hochtemperaturbeständig ist auch das TPE Arnitel im Programm von DSM. Das Compound eignet sich für Heißluftkanäle. Es widersteht einer Temperatur von bis zu 180 °C, kurzzeitig auch bis 190 °C und ist zudem widerstandsfähig gegen Öl und andere Chemikalien in Automobil-Umfeld. Es kann im Blasform-Verfahren verarbeitet werden und erlaubt die Wanddicke deutlich zu reduzieren.

Hitzebeständig und robust sind auch die neuen Schutzkappe GPN 365 von Pöppelmann Kapsto, Lohne. Diese wurde speziell als Kontaktschutz für Stiftgehäuse der Heavy Duty Sealed Connector Series entwickelt. Sie eignet sich für den Transport- und Lackierschutz, aber auch für andere Anwendungen, die hohe Anforderungen an die Robustheit stellen. Die Serie hält aufgrund des Einsatzes eines hitzebeständigen, weichmacherfreien TPE-Kunststoffes Temperaturen bis zu 150 °C stand. Farb- und Materialvarianten, individuelle Abmessungen und Sonderausführungen der neuen Schutzelemente von sind auf Anfrage erhältlich.

Flammgeschützt und Robust für die Bauindustrie

Für die Bauindustrie stehen die Flammschutz-Compounds der FR/AD1-Reihe von Kraiburg TPE zur Verfügung. Die Thermoplastischen Elastomere wurden speziell für Anwendungen in der Bauindustrie entwickelt, in der sie zum Beispiel an Unterputzdosen eine flexible Ausrichtung der Kabel gewährleisten. Das Material ist nach UL94 als schwer entflammbar eingestuft und mit der Brennbarkeitsklasse V0 klassifiziert. Zudem lassen sie sich aufgrund sehr guter Haftungswerte im 2-Komponenten-Spritzguss mit ABS und PC verarbeiten.

Das TPU ist die Basis für eine Nutzschichtlösung zur Herstellung modularer Designfußböden (Bildquelle: BASF)

Das aliphatische TPU Elastollan von BASF, Ludwigshafen, ist die Basis für eine Nutzschichtlösung zur Herstellung modularer Designfußböden oder anderer dekorativer Oberflächen. Das Verpackungs- und Papierunternehmen Mondi bietet dieses neu entwickelte Oberflächenmaterial unter dem Namen Roomskin Floor als Komposit aus einem bedruckten Dekorträger und einer Beschichtung aus thermoplastischen Polyurethan an. Diese elastische, hochtransparente Nutzschicht ist besonders dünn und sehr strapazierfähig. Sie sorgt für eine Dekorbrillanz, ein angenehmes Laufgefühl und wird vor allem in neuartigen Fußboden- belägen verwendet.

Zudem können zum Dekor passende Oberflächenstrukturen individuell realisiert werden. Für das Ludwigshafener Unternehmen bedeutet dies eine Erweiterung des Anwendungsbereichs der aliphatischen Elastollan-Typen: Zusätzlich zu etablierten Anwendungen wie Scheibenlaminaten oder Automobil-Steinschlagschutzfolien kommt der flexible Kunststoff nun auch im Fußboden zum Einsatz. Die auf aliphatischen Rohstoffen basierenden Elastollan-Typen sind lichtecht, verfügen über eine für dieses Material typische hohe mechanische Belastbarkeit und sind in einem breiten Shore-Härtespektrum von 75A bis 80 D erhältlich. Durch die sehr geringen Emissionen und die Geruchslosigkeit von Elastollan werden die Richtwerte des AgBB Schema (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten) problemlos eingehalten. Dies stellt ein gesundes Raumklima im sensiblen Wohninnenbereich und in öffentlichen Bauten sicher. Durch die Verwendung dieser Nutzschicht können Fußböden zudem die Kriterien für das Gütesiegel „Blauer Engel“ erfüllen. Das neuartige Overlay ist damit eine überzeugende Alternative zu PVC-haltigen Fußböden.