Forscher der Universität von Georgia haben ein neues Material entwickelt, dessen Eigenschaften ideal für medizinische Geräte wie Masken und Verbände geeignet sind. Es ist zudem umweltfreundlicher als die derzeit verwendeten Materialien.
Durch die Verwendung von Vliesstoffen (Gewebe, die durch das Verbinden von Fasern ohne Weben oder Stricken hergestellt werden) konnte das Team um Gajanan Bhat flexible, atmungsaktive und saugfähige Verbundmaterialien entwickeln, die sich ideal für medizinische Geräte eignen. Der Baumwollanteil sorgt zudem für ein angenehmes Tragegefühl auf der Haut (ein wichtiger Faktor für medizinische Anwendungen) und erleichtert die Kompostierung, wodurch das Material umweltfreundlicher ist als vergleichbare Produkte auf dem Markt.
In seinem Labor am Northern Riverbend Research Laboratory demonstriert Professor Gajanan Bhat, wie elastische Vliesstoffe verpackt und als medizinische Verbände verwendet werden können. (Foto: Andrew Davis Tucker/Universität von Georgia)
Mit Fördermitteln des US-Landwirtschaftsministeriums testeten die Forscher verschiedene Kombinationen aus Baumwolle und Vliesstoffen sowie reine Vliesstoffe hinsichtlich Eigenschaften wie Atmungsaktivität, Wasseraufnahme und Dehnbarkeit. Die Verbundstoffe schnitten in den Tests gut ab und boten eine gute Atmungsaktivität, eine höhere Wasseraufnahme und eine gute Rückstellkraft, was bedeutet, dass sie wiederholter Beanspruchung standhalten.
Die Nachfrage nach Vliesstoffen ist in den letzten Jahren stetig gestiegen, und laut einem Bericht von Acumen Research and Consulting wird der Marktwert bis 2027 voraussichtlich 77 Milliarden US-Dollar erreichen. Vliesstoffe finden breite Anwendung in Haushaltsprodukten wie Windeln, Damenhygieneartikeln sowie Luft- und Wasserfiltern. Sie sind wasserdicht, flexibel, atmungsaktiv und eignen sich aufgrund ihrer Luftfiltereigenschaften ideal für medizinische Zwecke.
„Einige dieser Produkte, die für biomedizinische Zwecke verwendet werden, wie Pflaster und Verbände, müssen gedehnt werden und sich nach der Dehnung erholen. Da sie jedoch mit dem Körper in Berührung kommen, kann die Verwendung von Baumwolle sogar von Vorteil sein“, so das Family and Consumer College. Barth, Leiterin des Fachbereichs Textilien, Merchandising und Innenarchitektur, die die Studie gemeinsam mit einem aktuellen Doktoranden verfasst hat, erklärte: D. Partha Sikdar (Erstautor) und Shafiqul Islam.
Baumwolle ist zwar nicht so dehnbar wie Vliesstoffe, dafür aber saugfähiger und weicher, was sie angenehmer zu tragen macht. Baumwolle ist zudem eine wichtige Anbaupflanze in Georgia und ein bedeutender Wirtschaftsfaktor des Bundesstaates. Das US-Landwirtschaftsministerium (USDA) sucht ständig nach neuen Verwendungsmöglichkeiten für Baumwolle, und Barth schlug vor, „dehnbare Vliesstoffe mit Baumwolle zu kombinieren, um ein Material mit hohem Baumwollanteil und hoher Dehnbarkeit zu entwickeln.“
Professor Gajanan Bhat testet dehnbare Vliesstoffe mit einem Permeabilitätsmessgerät in seinem Labor bei Riverbend North Research Laboratories. (Foto: Andrew Davis Tucker/Universität von Georgia)
Barth, der sich auf Vliesstoffe spezialisiert hat, glaubt, dass das entstehende Material die gewünschten Eigenschaften von Vliesstoffen beibehalten und gleichzeitig einfacher zu handhaben und kompostierbar sein könnte.
Um die Eigenschaften der Verbundwerkstoffe zu testen, kombinierten Bhat, Sikdar und Islam Baumwolle mit zwei Arten von Vliesstoffen: Spinnvlies und Schmelzblasvlies. Spinnvliesstoffe enthalten gröbere Fasern und sind im Allgemeinen elastischer, während schmelzextrudierte Vliesstoffe feinere Fasern enthalten und bessere Filtrationseigenschaften aufweisen.
„Die Idee war: ‚Welche Kombination liefert gute Ergebnisse?‘“, sagte Butt. „Es sollte dehnbar sein, sich wieder zusammenziehen, aber gleichzeitig atmungsaktiv und feuchtigkeitsableitend.“
Das Forschungsteam stellte Vliesstoffe unterschiedlicher Dicke her und kombinierte diese mit ein oder zwei Lagen Baumwollgewebe, wodurch 13 Varianten für die Tests entstanden.
Tests haben gezeigt, dass das Verbundmaterial im Vergleich zum ursprünglichen Vliesstoff eine verbesserte Wasseraufnahme aufweist und gleichzeitig seine Atmungsaktivität beibehält. Verbundmaterialien absorbieren 3- bis 10-mal mehr Wasser als Nicht-Baumwollgewebe. Das Verbundmaterial erhält zudem die Rückstellfähigkeit des Vliesstoffs nach Dehnung, sodass dieser spontane Bewegungen ohne Verformung aufnehmen kann.
Laut Barth, Professor für Fasern und Textilien an der Georgia Athletic Association, können bei der Herstellung von Verbundvliesstoffen auch minderwertige Baumwolle und mitunter sogar Baumwollabfälle oder Recycling-Baumwolle aus der Produktion von Produkten wie T-Shirts und Bettwäsche verwendet werden. Dadurch ist das Endprodukt umweltfreundlicher und kostengünstiger in der Herstellung.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Industrial Textiles veröffentlicht. Koautoren sind Doug Hinchliffe und Brian Condon vom Southern Regional Research Center des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA).
Veröffentlichungsdatum: 23. Januar 2024