Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Durch den Einsatz niederenergetischer, nichtthermischer Elektronenstrahlprozesse entstehen biohybride Textilien mit gezielt eingestellten Oberflächeneigenschaften. Das finalisierte Projekt HuminTex zeigt, wie biobasierte Materialien mit antiviral wirksamen Naturstoffen, Huminstoffe, zu funktionalen Maskenkomponenten weiterentwickelt und in die industrielle Fertigung überführt werden können.
Nachhaltigkeit gewinnt in der Medizintechnik und bei persönlicher Schutzausrüstung zunehmend an Bedeutung. Neben der Schutzfunktion rücken Materialherkunft, Umweltverträglichkeit und End-of-Life-Konzepte in den Fokus. Insbesondere Einwegprodukte wie Atemschutzmasken erfordern neue Ansätze, die Funktionalität mit ressourcenschonenden Materialien und Prozessen verbinden. Vor diesem Hintergrund adressiert das Verbundprojekt HuminTex die Entwicklung antiviral wirksamer, biobasierter Schutztextilien für medizinische Anwendungen.
Der Ansatz des Fraunhofer FEP basierte in diesem Projekt auf der niederenergetischen, nichtthermischen Elektronenstrahltechnologie zur gezielten Modifizierung textiler Oberflächen. Das zweistufige elektronenstrahlgestützte Grafting ermöglicht eine präzise, substratspezifische Oberflächenfunktionalisierung und Beschichtung textiler Substrate mit geringer thermischer Stabilität, wobei sowohl prozessinduzierte Wärmebelastungen vollständig vermieden werden als auch auf zusätzlichen Chemikalieneinsatz wie Tenside verzichtet werden kann. Dadurch lassen sich maßgeschneiderte funktionale Eigenschaftsprofile erzeugen, während die strukturelle Integrität der Textilien erhalten bleibt. Ein Schwerpunkt lag auf der Elektronenstrahl-induzierten Immobilisierung natürlich vorkommender Humin-stoffe auf biologisch abbaubaren Vliesstoffen aus Polylactid (PLA). Die kovalente Anbindung der funktionalen Huminsäure-Moleküle konnte spektroskopisch bestätigt werden. Ergänzende Untersuchungen belegten eine hohe Beständigkeit der Beschichtung gegenüber prozess- und nutzungsrelevanten Beanspruchungen. Durch die Einführung einer biobasierten Chitosanschicht als Haftvermittler wurden sowohl die Anbindung der Huminstoffe als auch die Langzeitstabilität der Funktionsschicht zusätzlich verbessert. Die antivirale Wirksamkeit der ausgewählten Huminstoffe konnte erfolgreich anhand speziell dafür etablierter Bakteriophagen-Modelle mittels Plaque-Assay nachgewiesen werden. Dabei zeigte sich eine ausgeprägte Reduktion der Virenaktivität sowohl auf Ebene der reinen Naturstoffe als auch auf den mit Huminstoffen funktionalisierten PLA-Textilien. Diese Ergebnisse bestätigen das antimikrobielle Potenzial huminstoffbasierter Oberflächen zur kontaktinduzierten Inaktivierung viraler Partikel.
Die entwickelten funktionalen PLA-Vliesstoffe konnten erfolgreich in den Aufbau der Vlies-Lagen von FFP2-Atemschutzmasken als Zwischenschicht integriert werden. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner STFI e. V. und dem Industriepartnern Zschimmer & Schwarz GmbH und Sentias GmbH wurde die serielle Herstellung biologisch abbaubarer FFP2-Atemschutzmasken realisiert. Die Forschungsarbeiten am Fraunhofer FEP belegen das hohe Anwendungspotenzial niederenergetischer, nichtthermischer Elektronenstrahlprozesse für die präzise und selektive Oberflächenfunktionalisierung textiler Substrate. Dies ermöglicht die Entwicklung anwendungsspezifischer und ressourceneffizienter Schutztextilien für zukünftige medizintechnische Verwendungen.
Das Verbundprojekt HuminTex wurde durch das Förderprogramm Innovative Schutzausrüstungen vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziert.
