materialen en coatings tegen micro-organismen

MATERIALEN EN COATINGS
TEGEN MICRO-ORGANISMEN
OPPERVLAKTEBEHANDELING
ONTWIKKELINGEN IN ANTIBACTERIËLE OPPERVLAKKEN
Heel wat sectoren ondervinden een stijgende druk om tot een betere hygiëne te
komen, met een betere risicobeheersing en liefst ook aan een aanvaardbare prijs.
Met name wie producten levert aan sectoren zoals de voeding en medische
branches wordt met een steeds strengere regelgeving op dat vlak geconfronteerd.
Oppervlakken moeten de groei van micro-organismen afremmen en zo mogelijk
zelfs actief tegengaan.
Helaas blijken de huidige materialen en gebruikte reinigingsprocessen echter niet
altijd efficiënt te zijn. Bovendien maken ze vaak gebruik van toxische producten en
zijn ze arbeidsintensief of duur. Tegelijk kent men nog onvoldoende de interessante
eigenschappen van nieuwe materialen en oppervlakken. Daarom vindt u in dit
artikel een stand van zaken en een bondig overzicht van de nieuwste
mogelijkheden.
Door Marc Van Stappen (Sirris)
NOODZAAK VAN ANTIBACTERIËLE OPPERVLAKKEN
Micro-organismen zoals bacteriën
zijn altijd en overal aanwezig. De
bacteriën die voor problemen
zorgen, zitten vaak op onze huid.
De handen geven dan ook flink wat
narigheid door. Ze regelmatig
wassen kan de problematiek slechts
ten dele oplossen. De microorganismen worden bovendien
steeds meer resistent tegen diverse
types van antibiotica.
Bestrijding
Hygiënische ontwerpen, waarbij
dode hoeken vermeden worden,
zorgen ervoor dat bacteriën zich
niet meer kunnen vastzetten. Een
eerste, rudimentaire vorm van
bestrijding die antibacteriële
materialen echter verre van
overbodig maakt. Deze materialen
bieden bacteriën weinig houvast
zodat ze zich niet kunnen hechten
en het ontstaan van bacteriënkolonies wordt tegengegaan. Een
voorbeeld van een dergelijk
materiaal is roestvaststaal.
Ultieme puzzelstukje
Maar zelfs een gepolierd
metaaloppervlak vertoont op
microniveau nog tal van putten en
groeven waarin bacteriën zich
kunnen vasthechten. Zelfs wanneer
het oppervlak vaak wordt
gereinigd, zullen er bacteriën
achterblijven. Door de exponentiële
groeisnelheid van bacteriën raakt
een nauwkeurig gereinigd
oppervlak al gauw weer besmet.
Met rvs is intensief en frequent
reinigen dus essentieel, bij voorkeur
met sterke alcohol-chloorhoudende
producten. De vraag hierbij is of er
geen milieuvriendelijker en minder
arbeidsintensief alternatief bestaat?
Antibacteriële materialen en
coatings kunnen hier het ultieme
puzzelstukje worden.
1
WAT ZIJN ANTIBACTERIËLE
OPPERVLAKKEN?
Een antibacterieel oppervlak heeft
tot doel de groei van de bacteriën
volledig te stoppen. De term
'antibacterieel' is echter een
containerbegrip dat zowel
producten bevat die de
aanhechting beletten, de groei
remmen als een volledige biocide
werking hebben. De vlag dekt dus
niet altijd dezelfde lading en in de
huidige Europese regelgeving
worden de verschillende gradaties
van antibacteriële werking nog
altijd op één hoop gegooid. De
term moet dus omzichtig worden
benaderd.
Er zijn twee grote pistes om via het
gebruik van materialen en coatings
tot een betere bacteriebestrijding te
komen. Enerzijds door er voor te
zorgen dat men een optimaal antikleefoppervlak heeft waardoor
bacteriën zich minder kunnen
2
hechten aan deurkrukken, balustrades, bedranden,... Anderzijds
door ook met materialen en
coatings te werken die bacteriën
effectief doden. In het eerste geval
spreekt men van een passieve
antibacteriële of bacterieremmende
werking, in het tweede geval van
een actieve of biocide werking.
Passief/bacterieremmend
Wanneer bacteriën zich
vasthechten aan een oppervlak kan
er een biofilm ontstaan die
misschien niet altijd uit schadelijke
bacteriën bestaat, maar een
storende werking kan hebben die
uiteindelijk leidt tot geurhinder of
verkleuring. Het materiaal moet dus
voornamelijk de aanhechting
verhinderen of moeilijker maken.
Het lijkt tegenstrijdig, maar door
een bepaalde oppervlaktestructuur
aan te brengen op een kunststof film
kan de aanhechting van bacteriën
vermeden of grotendeels belet
worden.
Actief/biocide
Volgens de Amerikaanse regelgever
EPA (Environmental Protection
Agency) heeft een oppervlak een
biocide werking wanneer de groei
van bacteriën binnen een
tijdsspanne van twee uur volledig
stilvalt en de bacteriën voor 99%
vernietigd worden. Tot nog toe
heeft alleen koper de strenge EPAtestprocedure doorlopen.
BESTRIJDING IN DE PRAKTIJK
3
(1) Rvs biedt bacteriën weinig houvast om zich aan te hechten. (2) In de voedingsindustrie wordt PTFE vaak aangewend .(3) Koper is van nature bacteriedodend
MMTbe0156N05_pdf.odt
Passieve oppervlaktebehandelingen
Voorbeelden van commercieel
beschikbare antikleefoppervlakken
zijn onder meer de vele met
polytetrafluoretheen gecoate
OPPERVLAKTEBEHANDELING
chitosan die men terugvindt in
antibacteriële kunststoffen voor
vaatwasmachines (rekken) of
kwartsmateriaal dat voor
werkbladen en tegels wordt
gebruikt.
Hygiëne wordt belangrijker dan ooit, in vele sectoren
onderdelen die met name in de
industrie gebruikt worden.
De voedingsindustrie gebruikt
polytetrafluoretheen of PTFE (beter
bekend onder de commerciële
naam Teflon) op bakvormen. Heus
niet alleen vanwege de antiaanbakeigenschappen maar ook vanwege
het hygiënisch aspect. Doordat er
minder voedingsresten kunnen
achterblijven, verlopen industriële
reinigingsprocessen veel makkelijker
en krijgen bacteriën minder kans
om zich te ontwikkelen.
Ook gepolijst roestvaststaal is nog
steeds een veel gebruikt materiaal
in deze sector. Recent zijn er
kunststoffolies op de markt
gekomen, waarbij een haaienvinnenhuid wordt nagebootst via
een soort bedrukkingsproces
(Sharklet). Proefondervindelijk is
bewezen dat de bacteriën zich
moeilijk aan deze microscopische
oppervlaktestructuur kunnen
vasthechten. Deze bacterie-
remmende folie kan worden
aangebracht aan de binnenzijde
van bijvoorbeeld melkciternes,
waardoor de reiniging makkelijker
en effectiever wordt. Met nog een
andere techniek worden
borstelcoatings op een oppervlak
aangebracht. Dit zijn fijne
polymeerhaartjes op nanoschaal
die het aanhechten van bacteriën
verhinderen.
BIOCIDEN INGEBOUWD IN
COATINGS:
Een tweede, actieve bacteriële
bestrijding wordt bekomen door te
werken met additieven (biociden)
die aan kunststoffen en metalen
kunnen toegevoegd worden of die
in een coating worden ingebouwd.
Men onderscheidt een viertal
groepen van biociden.
Organische biociden
Voorbeelden zijn triclosan en
Zilver gebaseerde additieven
Zilver kan, vaak als nanopartikels,
worden toegevoegd aan textiel,
glas, metalen en andere materialen.
Bij aanwezigheid van vocht logen
de zilverdeeltjes in kleine
hoeveelheden uit het oppervlak,
waarbij de ionen zich doorheen de
celwand van micro-organismen
boren en de DNA-structuur ervan
vernietigen. Een niet-behandeld
handvat bijvoorbeeld functioneert
als een container waarop bacteriën
via zweet achtergelaten worden.
Deze groeien en verspreiden zich.
Met zilvernanodeeltjes behandelde
handvatten maken de bacteriën
onmiddellijk onschadelijk, zodat
verdere besmetting onmogelijk
wordt. Het nadeel van deze
techniek is dat zilver in een coating
met water reageert om ionen te
vormen. Na verloop van tijd zijn de
ingebrachte deeltjes echter
allemaal opgebruikt. Dat probleem
kan men verhelpen door zilver in te
bouwen in een soort carrier
waardoor het ion enkel gevormd
wordt op de momenten dat het
nodig is. Een andere oplossing voor
heel wat voorwerpen is het gebruik
van massieve metalen bij de
fabricatie. Op deze manier bekomt
men een onuitputtelijke bron van
ioniseerbaar edelmetaal.
vorm van nanodeeltjes in coatings
en lakken of in massieve vorm. Zo
wordt het al opnieuw gebruikt voor
de leidingen in grote aircosystemen
en in het deurbeslag voor
ziekenhuizen, kantoren en keukens.
Net zoals zilver heeft koper te
maken met een eindige ioniserende
werking in coatings.
Fotokatalytisch titaniumoxide
Deze oplossing wordt onder meer
in verven gebruikt of toegevoegd
aan muurtegels. Door inval van uvlicht wordt het oppervlak
geactiveerd en dit resulteert in het
doden van micro-organismen. De
bacteriën worden afgebroken en
omgezet in water en CO2.
Aangezien het oxide niet actief
deelneemt aan de chemische
reactie, wordt het ook niet verbruikt
en blijft de werking van de
coatinglaag in principe duren. Het
oppervlak wordt hydrofiel of zelfs
superhydrofiel, zodat reinigen
makkelijker gaat of in theorie
overbodig wordt. Het nadeel van
deze techniek is dat er altijd licht
aanwezig moet zijn om de biocide
werking aan de gang te houden.
CONCLUSIE
Koper
Van oudsher is koper een heel
efficiënt bacteriedodend materiaal
(door de vorming van koperionen)
dat een goedkoop alternatief kan
bieden voor zilver. Men vindt het
terug als massief materiaal of als
kopergecoate staalplaat in diverse
toepassingen: van luchtkanalen over
deurkrukken en sproeikoppen tot
balustrades. Gezien zijn biocide
werking is het waarschijnlijk dat
koper in de toekomst nog verder
opgang zal maken, zij het in de
Recente materiaalontwikkelingen
richten zich naar het inbouwen van
bepaalde monomeren in
kunststoffen die de communicatie
tussen individuele bacteriën
onderling verstoren waardoor deze
minder aangroeien. Het bekomen
van oppervlakteladingen die zich
binden met de positieve of negatieve celwand van bacteriën om ze
aldus te doden, is een andere piste.
Het is duidelijk dat een gecombineerde aanpak van antibacteriële
materialen en coatings, mits het
doordacht gebeurt en aan de juiste
kostprijs, in de toekomst de hoogste
efficiëntie zal opleveren. Deze
technieken kunnen zowel preventief
als actief werken en zullen in alle
gevallen het gebruik van agressieve
reinigingsmiddelen verminderen en
meestal zelfs efficiënter werken dan
dergelijke producten.
Kunststoffolie met haaienvinnenhuid
Microstructuur verhindert aanhechting
HYGIËNEVEREISTEN PER SECTOR
V OEDINGSINDUSTRIE
Bij het produceren, stockeren, transporteren van voeding en drank
kunnen resten achterblijven op het oppervlak van leidingen, mengers,
bakvormen, ... en aanleiding geven tot de aangroei van een biofilm.
Deze resten worden klassiek verwijderd via reinigings- en
sterilisatieprocessen waarbij de nadruk komt te liggen op materialen die
een zekere bestendigheid hebben tegen deze processen.
M EDISCHE INDUSTRIE
Ook in de medische sector stijgt de aandacht voor een nog betere
hygiëne, waarbij vooral de ziekenhuisbacterie moet bestreden worden. In
deze sector is het gebruik van antibacteriële materialen en oppervlakken
al meer doorgedrongen
B OUWSECTOR
In de sector van bouwproducten zijn luchtfilters, warmtewisselaars,
deurkrukken, werkbladen, en stootranden voorbeelden van oppervlakken
waarop eveneens hygiënische problemen kunnen ontstaan door de
aangroei van bacteriën. Hier werden de eerste toepassingen van
bacteriedodende materialen en oppervlakken geïntroduceerd.