Anlagenbau & Prozesstechnik

Sauber rein, schmutzig raus

Wischtücher müssen sauber ankommen und den Raum schmutzig wieder verlassen

06.10.2014 -

Reinraumwischtücher haben ihren ­Ursprung in der Kernindustrie. Hier wurden die ersten kritischen Wischtücher aus Baumwolltwill dazu genutzt, um radioaktive Partikel in Kernreaktoren zu kontrollieren und einzudämmen. Nach der Entwicklung der Mikroelektronik wurden für die Fertigung sauberere Wischtücher benötigt, und Baumwolltwill wurde durch Nylon-Monofilamente ersetzt. Mitte der 1980er Jahre sind dann Wischtücher aus Polyester-Monofilamenten zum Standard für kritische Umgebungen geworden.
In den Pharma- und Biowissenschaftsindustrien, die sich eher mit wachstumsfähiger Kontaminierung befassen, wurden kritische Wischtücher erst später eingesetzt. Heute stellen Reinraumwischtücher, die in vielen unterschiedlichen kritischen Umgebungen eingesetzt werden, ein großes Geschäft dar. Mit der Einführung der Fertigungstechnologie ist auch die Nachfrage nach noch sauberen Wischtüchern angestiegen.

Die Einführung von Substraten
Mikrofasern wurden in den späten 1980er Jahren erstmals vorgestellt. Bei der Mikrofaser handelt es sich um eine Faser mit weniger als 1 Dezitex pro Filament. Ein Dezitex ist dabei eine Einheit für die Feinheit, die allgemein zur Beschreibung der Größe von Filamenten oder Fasern genutzt wird.(1) Ein Dezitex entspricht 9/10 eines Denier. Um dies einmal zu relativieren: dies entspricht 1/16 des Durchmessers eines menschlichen Haares. Die Fasern können kombiniert werden, um Garn zu schaffen, der dann zu unterschiedlichen Strukturen gewirkt oder gewebt werden kann. Stoffe aus Mikrofasern können in zwei unterschiedliche Haupttypen unterteilt werden: Splitmikrofaser und Filament-Mikrofasern mit geradem Faserverlauf.
Filament-Mikrofasern mit geradem Faserverlauf bestehen normalerweise zu 100 % aus Polyester. Splitmikrofaser bestehen aus sehr feinen Fäden aus Polyester und Polyamid (Nylon), die verbunden werden, um einen einzelnen Faden zu schaffen. Die Fasern werden mithilfe des Nylons zusammengeklebt, bis sie in einer späteren Phase des Prozesses gesplittet werden. Im Gegensatz zu den abgerundeten Fäden anderen Garnen besitzen die Fäden von Splitmikrofasern (Abb. 1) zahlreiche Keile. Mithilfe dieser Keile werden mikroskopische Partikel von der Oberfläche einfacher aufgenommen. Die Oberfläche wird dadurch vergrößert und die Kapillarkraft der feinen Fäden erhöht die Sorptionsfähigkeit der Mikrofaserwischtücher erheblich. Eine Änderung am Prozentanteil der Mikrofasermischung führt zu leicht unterschiedlichen Eigenschaften.
Diese Splitstruktur ermöglicht es den Wischtüchern, Partikel selbst trocken aufzunehmen und Rückstände auch leicht ohne Lösungsmittel zu entfernen. Die Splitfasern erzeugen mikroskopische „Haken", die Staub, Schmutz und Partikel effektiver aufsammeln und zurückhalten im Gegensatz zu abgerundeten Fasern wie z. B. Baumwolle (siehe Abb. 2). Weiterhin sind die Mikrofasern positiv aufgeladen, damit diese negativ aufgeladenen Schmutz elektrostatisch anziehen. Unbenutzte Wischtücher sind sehr weich und zerkratzen und beschädigen die Oberfläche nicht. Jedoch sollte trotzdem vorsichtig bei der erneuten Nutzung der Wischtücher vorgegangen werden, da sich Partikel durch die Struktur der Tücher in den Fasern verfangen und so empfindliche Oberflächen beschädigen können.
Mikrofaser besitzt eine hohe Sorptionskapazität, die ungefähr das 6- bis 8-fache des eigenen Gewichts an Wasser beträgt. Durch die schnelle Absorption kann ein Wischtuch Verschüttungen schnell und leicht entfernen, und ist somit sehr geeignet für Mopp- und Trockenanwendungen.
Es gibt jedoch in Reinraumumgebungen einige Nachteile bei der Nutzung von Mikrofasern, da die Fasern weniger haltbar sind und so dazu führen, dass der Grad der Partikelkontaminierung ansteigen. Die Mikrofasern müssten gewaschen werden, um das Kontaminationslevel zu reduzieren. Mikrofasern sind mit hohen Kosten verbunden und somit nicht zum einmaligen Gebrauch gut geeignet. Mikrofasern eignen sich am besten dort, wo Mopp- und Trockenanwendungen vorrangig sind und eine kontinuierliche Wäsche zu keinen Problemen führt. Eine Splitmikrofaser, die Nylon enthält, eignet sich nicht zum Einsatz mit Desinfektionsmitteln mit Bleichmitteln.

Risiken bei der erneuten Waschung von Mikrofasern
Mikrofaser ist kein kostengünstiger Stoff (für einen Vergleich der unterschiedlichen Mikrofasergemische und 100 % Polyester, einschließlich der jeweiligen Merkmale, (siehe Tabelle 1). In vielen Fällen werden die hohen Anschaffungskosten durch das Waschen und, wo zutreffend, durch die erneute Sterilisierung von Mopp und Wischtuch ausgeglichen. Vor allem Mopps werden gewaschen und erneut verwendet. Jedoch gibt es beim Einsatz in Reinraumumgebungen Risiken. Mikrofasern sind sehr empfindlich und können durch hohe Temperaturen oder aggressive Chemikalien leicht beschädigt werden. Dies kann mit der Zeit zur Funktionseinschränkung des Mopps oder Wischtuchs führen, was sich auf die Reinigungsfähigkeit und die Sorptionskapazität auswirkt.
Da die Reinigung vom saubersten zum schmutzigsten Bereich im Reinraum ausgeführt wird, kann die Bodenbelastung auf einem Mopp sehr unterschiedlich ausfallen. Die Wäscherei kann dabei nicht garantieren, dass alle Mopps nach dem Waschen denselben Reinheitsgrad besitzen. Die Struktur der Mikrofasern, mit der diese so gut Partikel aufnehmen und zurückhalten können, macht sie jedoch auch schwierig zu reinigen, da kleine oder mikroskopische Partikel in den Keilen der Mikrofaserstruktur zurückbleiben. Die Frage ist hier also, mit welchen anderen Produkten Ihre Mopps gewaschen werden. Mit Mopps und Wischtüchern allein lässt sich oft keine volle Waschladung zusammenstellen. Wäscherein waschen dann oft Mopps und Wischtücher (in allen Farben) zusammen in einer Ladung. Dies kann zur Kreuzkontaminierungen führen, die wiederum Partikel und andere Kontaminanten im Mikrofaserprodukt zurücklassen und dann in die kritische Umgebung zurückführen.

Jüngste Entwicklungen
Die Suche nach einem Produkt, welches die Vorteile von Mikrofasern bietet und dabei die Nachteile verringert, hat zur Vorstellung der ersten neuen Kategorie von Wischtücher seit fast 30 Jahren geführt. MicroGenesis vereint die besten Merkmale von gewirkten, Vlies- und Mikrofasertechnologien und bietet eine beispiellose Leistung für kritische Wischanwendungen.
Die MicroGenesis-Wischtücher sind mit einem Mikrofrottee-Flor entworfen wurden, um die schnelle und effiziente Aufnahme und den Rückhalt von Partikeln liefern zu können, für die Mikrofasern bekannt sind. Jedoch nutzt das Wischtuch Mikrofasergarn aus 100 % Polyester, das in ein thermisch gebundenes Polypropylensubstrat gewirkt wurde, wodurch die Menge an benötigten Mikrofasern begrenzt wird und das Wischtuch so für den Einmalgebrauch geeigneter macht( Abb. 3). Diese Struktur wendet Mikrofaser nur dort auf der Wischoberfläche an, wo dies benötigt wird, während die Grundfläche jeder einzelnen Masche in einer thermisch gebundenen Schicht versiegelt wird. Diese kosteneffektivere Struktur liefert dennoch die benötigte Menge an Mikrofasern, um mikroskopische Partikel, Schmutz und leichte Öle aus kritischen Umgebungen aufzunehmen und zurückzuhalten.Particle Attraction Technology (PAT)
Dank weiterer Fortschritte kann inzwischen auch ein Wischtuch mit außergewöhnlichen Aufnahme- und Rückhalteeigenschaften auch ohne Mikrofasern angeboten werden. Alle Stoffe können, um verschiedenen Leistungselemente zu verbessern, behandelt werden. Eine patentierte Behandlung durch Anticon, die sich permanent an den Stoff bindet, schließt 35-mal mehr Partikel an als unbehandelte Wischtücher und hält 95 % der eingeschlossenen Partikel zurück. Interessanterweise wird diese Leistung durch Alkohol oder Lösungsmittel verbessert und nicht geschwächt.
Die IEST-Testmethoden für Wischtücher prüfen, wie viele Partikel und Fasern ein Wischtuch abgibt. Jedoch gibt es keine Standardtestmethode, um zu zeigen, wie viele Partikel ein Wischtuch aufnehmen kann. Um nachzuweisen, ob die Wischtücher tatsächlich so viele Partikel aufnehmen, haben Peter Kang und David Hildreth eine neue, robuste Testmethode entwickelt.(2)
So schufen sie Aufschlämmungen mit bekannten Partikelgrößen in entionisiertem Wasser und tauchten dann behandelte und unbehandelte Wischtücher in diese Partikelaufschlämmung ein. Dadurch waren sie in der Lage zu zeigen, wie viele Partikel sie mit den jeweiligen Wischtüchern aufnehmen und wie viele diese zurückhalten konnten.
Die Testergebnisse für feinere Partikel zeigten, dass behandelte Wischtücher mehr als dreimal mehr kleine Partikel als herkömmliche Wischtücher aufnehmen konnten, und dabei nur 14 % der aufgenommenen Partikel wieder abgaben. Die Ergebnisse des Tests für große Partikel haben weiterhin gezeigt, dass behandelte Wischtücher mehr als 35-mal mehr Partikel aufnehmen als andere untersuchte Wischtücher. Nur ein kleiner Prozentsatz der aufgenommenen Partikel wurde wieder freigegeben.

Fazit
Laut Peter Kang müssen Reinraumtücher sauber ankommen und den Raum schmutzig wieder verlassen. Ein Reinraumwischtuch darf idealerweise keine weiteren Kontaminierungen einschleusen, während mit ihnen Partikel, Verschüttungen, Biofilme oder Schmutz aufgenommen werden. Verschiedene Innovationen bei den Substraten und Behandlungen für Wischtücher haben hierzu beigetragen - es wurden Wischtücher geschaffen, die sich nicht nur zur Partikelaufnahme sondern auch zum Einschluss dieser Partikel eignen, bis das Wischtuch aus dem Reinraum entfernt wird. Alternative Wege beim Mischen von Mikrofasern haben die Schaffung von Wischtüchern mit Mikrofasereigenschaften zum Preis von Einmaltüchern ermöglicht.

Literatur
[1] Textile Terms and Definitions, 11th Edition, The Textile Institute
[2] Testing Wipers for Particle Retention and Attraction, Controlled Environments Peter K Kang PhD David Hildreth

 

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