Forschung & Innovation

Nur einmal kurz durch­wischen

Reinraumwischtücher im Fokus

19.04.2022 - Reinräume und andere kontrollierte Umgebungen erfordern eine strikte Kontrolle von Partikeln, Rückständen und Mikroorganismen, um die gewünschten Produkt- oder Prozessergebnisse zu gewährleisten.

Jede Branche hat ihre eigenen kritischen ­Parameter: Ionen und Partikel in der Elektronik, Mikroben, Endotoxine und ­Partikel in den Biowissenschaften, ­Fasern und Silikon bei der Auto­lackierung und im Grafikdruck. Die Kontrolle dieser ­kritischen ­Parameter wird sehr oft durch die Verwendung von trockenen oder ­vorgetränkten Wischtüchern erreicht.  

Es gibt eine riesige Auswahl an Wischtüchern für Reinräume, die aus einer Vielzahl von Trägermaterialien hergestellt werden, die mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren gefertigt und mit verschiedenen Oberflächenbehandlungen versehen werden, um die Partikelaufnahme zu verbessern oder die Aufnahmefähigkeit zu erhöhen, und die sich in Gewicht und Größe, Reinheitsgrad und Wahl des Imprägniermittels unterscheiden. Wischtücher aus recycelten Materialien sind jetzt ebenfalls erhältlich und bieten eine nachhaltigere Option für die Kontaminationskontrolle in einer Reinraumumgebung.

Die Verwendung von Wischtüchern in einer Reinraumumgebung bietet enorme Vorteile, da sie im Vergleich zu anderen Reinigungsmethoden bequem und einfach zu handhaben sind. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass das Abwischen eine sehr wirksame Methode ist, um Verunreinigungen auf einer harten Oberfläche zu kontrollieren. Die mechanische Wirkung überwindet die verschiedenen Kräfte, die feine Partikel (einschließlich Submikron-Partikel) an Oberflächen halten. Dies und die Tatsache, dass die Struktur des Wischtuchs selbst das Einschließen der Partikel und die anschließende physische Entfernung von der Oberfläche ermöglicht, erklärt, warum das Wischen so effektiv ist.

Wenn sie zum Auftragen von Desinfektions- und Reinigungsmitteln verwendet werden, verringern sie die Umweltauswirkungen auf den Reinraum selbst, da die Anwendung potenziell aggressiver Chemikalien kontrolliert werden kann. Die Verwendung von vorgetränkten Wischtüchern erhöht den Nutzen für Gesundheit und Sicherheit noch weiter, da die Menge der in der Luft befindlichen Chemikalien in der Reinraumumgebung reduziert wird.

 

Merkmale der Wischtücher

Die Eigenschaften der einzelnen Wischtücher beeinflussen ihre Leistung. Es muss immer ein Kompromiss zwischen den verschiedenen Merkmalen gefunden werden, und die Entscheidung, welches Wischtuch für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist, hängt von den relativen Auswirkungen auf ein Produkt oder einen Prozess ab.

Der Vergleich von Wischtüchern aus verschiedenen Quellen hilft nicht viel weiter, da es Unterschiede zwischen den verschiedenen Testmethoden und den unterschiedlichen Testgeräten gibt. Wischtücher werden in der Regel auf Partikel und Fasern bestimmter Größen, nichtflüchtige Rückstände (non-volatile residues – NVR) in verschiedenen Lösungsmitteln, bestimmte anorganische Ionen und die Fähigkeit des Sorptionsmittels, das Volumen und die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme geprüft.  

Testmethoden für Wischtücher wurden sowohl von Herstellern als auch von Endverbrauchern entwickelt. Die am häufigsten verwendeten, international anerkannten Standardtestmethoden sind jedoch die des Institute of Environmental Sciences and Technology (IEST): IEST-RP-CC004: Bewertung von in Reinräumen und anderen kontrollierten Umgebungen verwendeten Wischmaterialien.  

Die Prüfmethoden für Partikel und Fasern unterscheiden sich oft erheblich und die Ergebnisse noch mehr. Der Test auf Rückstände und ionische Verunreinigungen ist besser etabliert und wiederholbar. Die einzige Möglichkeit, die Ergebnisse verschiedener Wischtücher wirklich zu vergleichen, besteht darin, dass sie von demselben Labor nach derselben Testmethode geprüft werden.

  • Sauberkeit: Jedes Wischtuch enthält einige Verunreinigungen, daher ist es wichtig, dass die Abgabe auf kritischen Oberflächen während des Wischens minimiert wird. Gewaschene synthetische Wischtücher mit versiegelten Rändern sind die sauberste verfügbare Option; sie sind jedoch auch weniger sorbierend und teurer als Tücher mit Naturfasern. Die Testergebnisse werden in der Regel für Partikel und Fasern angegeben, wobei sich Fasern im Allgemeinen auf einzelne „lange“ Partikel über 100 µm beziehen. Es gibt verschiedene Testmethoden, die sowohl nasse als auch trockene Methoden der Partikelfreisetzung verwenden, wobei häufig optische Mikroskopie, automatische Partikelzähler oder ein Rasterelektronenmikroskop zur Zählung der freigesetzten Partikel eingesetzt werden.
  • Sorptionseigenschaften: Die Fähigkeit des Substrats, Flüssigkeiten in die hydrophile Faser selbst zu absorbieren oder Flüssigkeiten in den Zwischenräumen zwischen den Fasern zu adsorbieren. Die Sorptionseigenschaften sind entscheidend für die Entfernung von Flüssigkeiten, insbesondere beim Trockenwischen. Wischtücher, die Naturfasern enthalten, verfügen über bessere Sorptionseigenschaften, setzen jedoch tendenziell höhere Mengen an Partikeln und Fasern frei. Im Allgemeinen sind synthetische Wischtücher (Polyester und Polypropylen) tendenziell stärker sorbierend, je kleiner die Fasergröße ist, wobei Mikrofaserprodukte die am stärksten sorbierende Option sind. Testergebnisse liegen in der Regel für die intrinsische und extrinsische Sorptionsfähigkeit und die Sorptionsrate vor.
  • Gewicht: wird oft in g/m2  ausgedrückt; diese Variable hat Auswirkungen auf die Kapazität und die Kosten des Sorptionsmittels
  • Nicht flüchtige Rückstände (NVR): NVR sind ein Maß für Verunreinigungen, die sich nicht verflüchtigen. Es handelt sich um einen verunreinigenden Rückstand mit undeutlichen Abmessungen, der in der Regel aus Kohlenwasserstoffen, Silikonen, Dioctylphthalaten oder anderen Chemikalien mit hohem Molekulargewicht besteht. Nichtflüchtige Rückstände werden in der Regel sowohl mit deionisiertem Wasser als auch mit Isopropanol erzeugt. Die Ergebnisse werden in Gramm extrahierbarer Stoffe pro Quadratmeter ausgedrückt, was ein nützlicher Anhaltspunkt für die relative Reinheit des Wischtuchs ist.
  • Metallische und andere Ionen: Die Halbleiter- und Datenspeicherindustrie ist sehr besorgt über die Kontamination durch Ionen in Wischtüchern. In den empfindlichsten Branchen werden Wischtücher mit einem individuellen Ionengehalt von unter 1 ppm verwendet. Gewirkte und gewaschene Polyestertücher können dieses Kriterium erfüllen. Natrium und Chlor sind zwei der Ionen, die am meisten Anlass zur Sorge geben. Die Ionen werden in deionisiertem Wasser extrahiert und mittels Ionenchromatographie quantitativ analysiert. Die Ergebnisse werden in Teilen pro Million (ppm) angegeben. In einem pharmazeutischen oder biotechnologischen Umfeld sind Ionen von geringer Bedeutung.
  • Sterilität und Endotoxine: Für aseptische Anwendungen werden die Tücher sterilisiert, in der Regel durch ein validiertes Gammabestrahlungs- oder Autoklavverfahren. Die GMP der EU schreibt vor, dass alle Produkte, die in Umgebungen der Klassen A und B verwendet werden, vor ihrer Verwendung steril sein müssen. Steril bedeutet nicht unbedingt, dass das Produkt arm an Endotoxinen ist; diese müssen gesondert getestet und deklariert werden. Die anfängliche Keimbelastung ist bei synthetischen Materialien in der Regel geringer als bei solchen, die Naturfasern enthalten – und dies ist entscheidend, um niedrige Endotoxinwerte zu erreichen.
  • Chemische Verträglichkeit: Reine Kunststoffe wie Polyestervliese und -gewirke bieten die größte Bandbreite an chemischer Verträglichkeit, während zellulosehaltige Stoffe durch mäßig ätzende Lösungen zersetzt werden können.

Klassifizierung der Wischtücher

Wischtücher können, wie vorstehend beschrieben, nach ihrer Sauberkeit und ihren physikalischen Eigenschaften klassifiziert werden. Diese Merkmale werden immer von den folgenden Variablen bestimmt:

  • Material, aus dem das Tuch hergestellt ist

Es können synthetische, natürliche oder gemischte Fasern verwendet werden. Synthetische Materialien haben im Allgemeinen längere Fasern, die sauberer sind als Naturfasern. Materialmischungen werden verwendet, um Kompromisse zwischen Kosten, Partikeln oder Effizienz zu erzielen.

  • Fadengröße

Die Definition einer Mikrofaser ist eine Faser mit weniger als 1 Dezitex pro Filament, wobei ein Dezitex ein Maß ist, das allgemein zur Beschreibung der Größe eines Filaments oder einer Faser verwendet wird. Ein Dezitex ist 9/10 eines Deniers. Gespaltene Mikrofasern haben eine vergrößerte Oberfläche, die es ermöglicht, mikroskopisch kleine Partikel von einer Oberfläche aufzunehmen und die Saugfähigkeit eines Wischtuchs deutlich zu erhöhen.

  • Aufbau des Wischtuchs

Die Trägermaterialien eines Wischtuchs können durch Gewirk, ein Vliesstoffverfahren wie Wasserstrahlverfestigung, Meltblown-Verfahren, chemische Bindung oder durch Weben hergestellt werden. Die Verwendung von chemischen Bindemitteln ist möglicherweise nicht für alle Raumklassen geeignet

  • Verarbeitung des Stoffs zu Wischtüchern

Die Wischtücher können mit einem Messer beschnitten oder so geschnitten werden, dass die Kanten versiegelt sind. Dies kann durch Laser-, Ultraschall- oder thermische Verfahren erreicht werden. Die Versiegelung der Kanten verringert die Freisetzung von Partikeln und Fasern. Ein vollständig versiegelter Rand auf allen Seiten kann die Freisetzung von Partikeln noch weiter verringern.

  • Behandlung oder Waschen des Stoffs

Das Waschen des Gewebes in einem Reinraum gewährleistet einen geringen Gehalt an Ionen, nichtflüchtigen Rückständen und Partikeln. Sorptionsverbesserer und Partikelanziehungsbehandlungen können auch während der Endbearbeitung hinzugefügt werden.

 

Konstruktion

Die Art und Weise, wie das Tuch konstruiert ist, beeinflusst seine Sauberkeit und seine Leistungsmerkmale.  

Gewirkte Wischtücher
Gewirkte Wischtücher werden durch ein Wirkverfahren hergestellt, bei dem viele Garn- und Fadenstränge miteinander verbunden werden, um das Material herzustellen. Wischtücher können auf verschiedene Weise gewirkt werden, um die Leistungsmerkmale zu verbessern.  

Ein Interlock-Gestrick, eine Variante des Rippstricks, bei dem jede Masche eine andere Masche aufdeckt, macht das Wischtuch haltbarer und sorgt für ein etwas höheres Grundgewicht. Ein laufmaschenfreies Interlock-Gestrick ähnelt dem Interlock-Gestrick, es wird jedoch eine regelmäßige zusätzliche Masche hinzugefügt, die verhindert, dass der Stoff „läuft“ oder sich auftrennt, wenn er hängenbleibt. Dadurch ist das Wischtuch sehr langlebig und kann auf einer Vielzahl von Oberflächen verwendet werden. Gewirkte Wischtücher werden in der Regel aus monofilen synthetischen Fasern, also Polyester, hergestellt.

Wischtücher aus Vliesstoff
Wischtücher aus Vliesstoff werden für eine breite Palette von Anwendungen in kontrollierten Umgebungen verwendet, darunter Reinigung, Auftragen von Desinfektionsmitteln, Entfernen von Rückständen, Kontrolle von verschütteten Flüssigkeiten, Transferdesinfektion sowie für allgemeine Wischzwecke. Vliestücher bieten eine Vielzahl von Leistungsmerkmalen und ein ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis. Wischtücher aus Vliesstoff sind als Bahnen oder Bögen aus natürlichen oder synthetischen Fasern erhältlich, die durch thermische, mechanische, chemische oder lösungsmittelhaltige Verfahren miteinander verbunden sind.

Die meisten hochwertigen Vliesstoffe werden im Spunlace-Verfahren hergestellt, bei dem die beiden Fasern mit Hilfe von Hochdruckdüsen mit gefiltertem Wasser verflochten werden und das Gewebe während des Herstellungsprozesses gereinigt wird. Es werden keine Bindemittel oder Zusatzstoffe verwendet, was zu einem faser- und rückstandsarmen Gewebe führt.

Vliestücher können aus einzelnen Fasertypen wie 100 % Polyestervlies hergestellt werden. Die Herstellung von Tüchern auf diese Weise ermöglicht auch synergistische Mischungen verschiedener Fasertypen wie Polyester/Viskosefilament oder Polyester/Zellulose.

Eine weitere Methode zur Herstellung von Vliestüchern ist die Verwendung thermischer Verbindungsverfahren. Dies wird üblicherweise für Polypropylen-Wischtücher verwendet.

Gewebt
Wischtücher mit rein gewebter Struktur werden in Reinräumen nicht häufig verwendet.  Die aus Baumwollgewebe in Köperbindung gewebten Tücher sind sehr saugfähig und eignen sich hervorragend zum Aufnehmen von verschütteten Flüssigkeiten oder zur allgemeinen Reinigung in weniger hochwertigen Bereichen.

 

Arten von Fasern

Jeder Fasertyp hat eine besondere Stärke, die ihn für eine spezifische Anwendung in kritischen Umgebungen geeignet macht. Synthetische Chemiefasern haben meist längere Fasern, die sauberer sind als Naturfasern. Polyester bietet Haltbarkeit, chemische Verträglichkeit und Sauberkeit.

Polypropylen sorgt für außergewöhnliche Sauberkeit und gleichmäßiges Auftragen von Flüssigkeiten.
Mittlerweile gibt es auch Stoffe aus recycelten Materialien. ReFIBE Wischtücher bspw. bestehen zu 100 % aus recycelten Kunststoffflaschen (mehr als 35 Flaschen pro Packung Wischtücher), die vor der Umwandlung in Polyesterchips einen strengen Reinigungsprozess durchlaufen haben. Die Chips werden extrudiert und in einem traditionellen Garnherstellungsprozess gesponnen, bevor sie in einem Interlock-Strickverfahren zu einem Stoff verarbeitet werden.
Naturfasern wie Baumwolle und Zellulose haben eine höhere Partikelzahl als synthetische Fasern, zeichnen sich aber durch ihre Stärke, Weichheit und Saugfähigkeit aus. Zellulose ist die am häufigsten verwendete Naturfaser in gemischten Reinraumtüchern, da sie eine ausgezeichnete Sorptionsfähigkeit aufweist. Wischtücher, die ausschließlich aus Zellulose bestehen, werden in der Regel nur für sehr spezielle Anwendungen eingesetzt.

Übliche Fasern und Konstruktion für Reinraum-Wischtücher

© Contec   Laufmaschenfreies Interlock-Gestrick aus 100 % Polyester
Ein gewaschenes 100%iges Polyestergewirke mit versiegeltem Rand ist das sauberste Wischmaterial, das es gibt.  Durch die langen Monofilamentfasern ist die Struktur sehr stark und haltbar.  Eine geeignete Nachbehandlung und Wäsche macht das Material sowohl für wässrige Lösungen als auch für Lösungsmittel sorbierbar.

© Contec  Vliesstoff aus Polyester/Zellulose
Dieses Mischgewebe bildet eine Matrix, die gute Partikelentfernungs- und -einschlusseigenschaften aufweist. Das Zelluloseelement sorgt für eine gute Sorption, setzt jedoch auch mehr Partikel und Fasern frei.

© Contec  Vliesstoff aus Polyester
Dieses Material hat gute Partikeleinschlusseigenschaften und setzt nur einen geringeren Anteil an Fasern und Partikeln frei. Aufgrund der kurzen Fasern ist der Stoff nicht für abrasive Oberflächen geeignet.  Bei 100%igen wässrigen Lösungen muss ein Lösungsmittel oder Tensid zugesetzt werden, um die Sorption durch das Tuch zu ermöglichen.

© Contec  Vliesstoff aus Mikrofaser
Die Polyester-/Nylonfasern werden als Endlosfilament extrudiert.  Anschließend wird es durch ein Wasserstrahlverfestigungsverfahren aufgespalten, bei dem die Fasern gleichzeitig in einzelne Keile aufgespalten werden und sich verfitzen, um dem Gewebe Festigkeit und Integrität zu verleihen. Das Ergebnis ist eine sauberere Mikrofaser­vliesfaser.  Das Mikrofasergewebe ist hochgradig sorbierend und ermöglicht außerdem eine dosierte Abgabe der Lösung an eine Oberfläche.

© Contec  Polypropylen aus dem Meltblown-Verfahren

Es hat eine gleichmäßig flache Oberfläche, die durch mikrofasergroße Filamente erreicht wird, die dem Gewebe außergewöhnliche Partikelentfernungseigenschaften verleihen.  Die feine Faserstruktur ermöglicht außerdem eine hervorragende Sorptionskapazität. Wenn das Gewebe vorgetränkt ist oder mit einem Lösungsmittel verwendet wird, bietet es eine einzigartige gleichmäßige Anwendung oder „dosierte Abgabe“ der Lösungsmittel.  Aufgrund seiner hydrophoben Eigenschaften muss das Material behandelt werden, um 100%ige wässrige Lösungen zu sorbieren.

© Contec  100 % gewebte Baumwolle
Baumwolle ist sehr robust und langlebig und widersteht hohen Temperaturen.  Das Gewebe ermöglicht einen gewissen Einschluss von Partikeln, aber das Material scheidet größere Mengen an Partikeln und Fasern ab.

Was ist die beste Wahl?

Leider ist es nicht so einfach, ein Wischtuch der Güteklasse B für einen Raum der Güteklasse B oder ein Wischtuch der ISO 4 für einen Raum der ISO 4 zu wählen. Es gibt keine Wischtücher der Klasse „X“ oder „Y“, da es auf die relative Sauberkeit und die spezifischen Leistungsanforderungen ankommt.  

Je nach Anwendung ist ein Wischtuch, das für die Verwendung in einem Halbleiterreinraum der Klasse 3 geeignet ist, möglicherweise nicht für die Verwendung in einer Luft- und Raumfahrtumgebung der Klasse 3 geeignet. In pharmazeutischen Reinräumen müssen neben Partikeln auch Sterilität und Endotoxine berücksichtigt werden. Wie aus den vorstehend genannten Merkmalen ersichtlich ist, muss möglicherweise ein Kompromiss in Bezug auf Sauberkeit/Sorptionsfähigkeit /Partikeleinschluss/Rückstandsentfernung und auch Budget gefunden werden. Je geringer die Anzahl der Partikel und Fasern ist, desto höher sind die Kosten für das Wischtuch.

Mit seinem Programm zur Bewertung der Kontaminationskontrolle kann Contec Sie dabei unterstützen, das für Ihre Anwendung und Ihr Budget am besten geeignete Wischtuch auszuwählen.

Kontakt

Contec, Inc.

Rue Paul Dupleix, Z I du Prat
56000 Vannes
Frankreich

+33 (0)2 97 43 76 98

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