Schützende Haut

Bislang wenig genutzt – Potenzial von Kollagenfolien

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10.10.2010 Die wohl bekannteste Anwendung von Kollagenfolien ist deren Einsatz in tubulärer Form als „Wursthülle“. Jetzt wurden in einem Projekt die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kollagen untersucht, um aus diesem nachwachsenden Rohstoff Schutzfolien und -häute mit äußerst interessanten und individuell ausgestaltbaren Eigenschaften für weitere Anwendungsfelder zu entwickeln.

Entscheider-Facts Für Anwender

  • Gelartige Kollagenmassen sind spritzbar, und die resultierenden Filme besitzen nach dem Trocknen eine außergewöhnlich gute Beständigkeit gegenüber unpolaren Substanzen.
  • Über die Art und Intensität der Vernetzung bzw. die Beimengung von Zusätzen können überdies die Dehnbarkeit und die Reißfestigkeit modifiziert und auch die Beständigkeit gegenüber polaren Substanzen gesteuert werden.
  • Kollagenfolien lassen sich ohne Chemikalien vom Untergrund ablösen und unter Einsatz von Enzymen biologisch abbauen.

Mit Naturin Viscofan wurden im Rahmen eines durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Projektes die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Kollagenfolien genauer unter die Lupe genommen, um zu sondieren, in wie weit sich aus ihnen auch Schutzhäute und -folien für die Automobilindustrie entwickeln lassen, um Folien oder Haubenplanen zum Schutz der fertigen Fahrzeuge während des Transports zum Händler.

Aber auch unlackierte Bleche benötigen Schutz vor Korrosion. Am Institut wurden Kollagenfolien hergestellt und getestet. Dabei zeigte sich, dass die Folien außergewöhnlich beständig gegen unpolare Substanzen sind und darüber hinaus noch einige weitere Vorzüge bieten. Auch auf anderen Gebieten scheint ein Einsatz von kollagenen Folien nicht undenkbar. Potentielle Anwendungsfelder sind beispielswesie Saatgutverpackungen, Träger von medizinischen oder kosmetischen Wirkstoffen und portionsweise Verpackungen für Waschmittel, die sich beim Gebrauch von selbst auflösen.

Vernetzer und Zusätze beeinflussen Eigenschaften

Kollagen wird von Naturin Viscofan über ein spezielles Verfahren aus Rinderspalt aufbereitet. Dabei ergibt sich ein weißlich-opakes, viskoelastisches Gel, das je nach Trockenstoffgehalt die Zähigkeit eines Teiges oder eines dünnflüssigen Sirups hat. Ab einem gewissen Verdünnungsgrad sind solche Massen spritzfähig. Durch Zugabe von Vernetzern und weiteren Zusätzen kann Einfluss auf die Eigenschaften der später erzeugten Filme und damit auf die möglichen Anwendungsfelder genommen werden. Nach dem Trocknen erhält man eine widerstandsfähige Folie, die je nach Schichtdicke der aufgetragenen Massen und in Abhängigkeit von den verwendeten Zusätzen zur Vernetzung mehr oder weniger transparent und erstaunlich reißfest sein können.

In ersten Testserien wurden bereits am Markt verfügbare Folien getestet. Zur Bewertung der Permeabilität dieser Kollagenfolien gegenüber verschiedenen Prüfsubstanzen wurde ein eigenes Testverfahren entwickelt, bei dem jeweils ein 7?x?7?cm großes Stück Kollagenfolie am Rand mit einem Klebestift auf ein saugfähiges Labor-Papier geklebt wurde. Von oben wurde ein Glasstutzen mit dauerelastischem Abdichtband fest angedrückt. Dieser wurde mit 10?ml Prüflösung gefüllt. Nach 1?h wurden das Löschpapier und die Folie hinsichtlich Veränderungen visuell mit dem Auge beurteilt. Die geprüften Folien zeigten eine ausgezeichnete Rückhaltung gegenüber den getesteten unpolaren Substanzen. Polare Substanzen konnten diese Folien permeieren.

Beständigkeitsprüfung bestätigt
Permeabilitätspüfung

Zur Beurteilung der Beständigkeit der getesteten Kollagenfolien gegenüber den Prüfsubstanzen wurde jeweils 1?g der Folie für 1?h bei 20/40/60/80?°C in 50?ml der Prüfflüssigkeit getränkt. Für leichtentzündliche Prüfsubstanzen wurde die Prüfung nur bei 20?°C durchgeführt. Nach Ablauf der Prüfzeit wurde die nicht in Lösung gegangene Folie von der Prüfflüssigkeit abgetrennt und im Anschluss daran die Lösung bei 227?nm im Fotometer gegen die unbehandelte Prüflösung vermessen. Über eine zuvor erstellte Kalibriergerade konnte aus der Extinktion die in Lösung gegangene Kollagenmasse bestimmt werden.

Die Beständigkeitsprüfungen bestätigten die Ergebnisse der Permeabilitätsprüfung. Wie nicht anders zu erwarten, werden Kollagenfolien als proteinbasierte Produkte insbesondere bei höheren Temperaturen und bei längeren Expositionszeiten in Säuren, Basen und wasserhaltigen Gemengen abgebaut.

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem Quellverhalten einer Kollagenprobe und deren Beständigkeit. In der Literatur werden verschiedene Methoden zur Vernetzung von Kollagen beschrieben, so dass die Quellung herabgesetzt und somit die Beständigkeit beeinflusst werden kann. Im Rahmen der Untersuchungen ist es gelungen, Substanzen und Substanzgemische für die Vernetzung zu finden, die die Kollagenfolien im Rahmen der Prüfbedingungen für die Beständigkeit nahezu unlöslich auch für polare Substanzen machen.

Die Ergebnisse zeigten, dass durch die geeignete Wahl von Vernetzern und Zusätzen die Beständigkeit und Permeabilität von Kollagenfolien gegenüber polaren Substanzen, wie etwa Wasser, beeinflusst werden kann. So konnten Folien hergestellt werden, die zu über 90?% bei einer einstündigen Behandlung im Wasserbad bei 80?°C beständig waren bzw. erst nach rund 2?h für Wasser permeabel wurden.

Reißkraft und Dehnbarkeit

Zur Bestimmung der Reißkraft und Dehnbarkeit der Kollagenfolien wurden diese Im Einklang mit Parametern für die Beständigkeitsprüfung von Schutzfolien für Automobile für 48?h im Trockenschrank bei 90?°C bzw. 48?h in der Gefriertruhe bei -?40?°C gelagert. Nach anschließender 24-stündiger Aufbewahrung im Raumluftklima wurden die Proben über Nacht in einer Klimakammer bei 20?°C und 60?% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert. Anschließend wurde die Bruchspannung (Reißkraft) und Bruchdehnung in Anlehnung nach DIN EN SO 527 mit einer Zugprüfmaschine aufgenommen.

Die unbehandelten Probekörper ließen sich im Durchschnitt zwischen 20 und 25?% dehnen und sind bei einer Kraft von etwa 10?N (33?N/mm2) gerissen. Nach der Behandlung bei 90?°C ist die Dehnung auf 17 bis 20?% gesunken und die Reißkraft auf 10 bis 12?N (33 bis 40?N/mm²) gestiegen. Für Folien zum Schutz von Automobilen werden 20?N/mm² gefordert. Bei den Reißwerten der im Gefrierschrank gelagerten Proben konnten keine merklichen Änderungen festgestellt werden.

Neben der Guss-, Extrudier und Streich?applikation können Kollagenmassen mit Hilfe sogenannter Gelcoat-Anlagen auch gespritzt werden. Damit können sie auch auf verwinkelte Geometrien aufgetragen werden.

Heftausgabe: November 2010

Über den Autor

Isabell Sommer, Peter M. Kunz, Jan Benra, Stéphanie Lédji Ngouffo, Institut für Biologische Ver-fahr
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