Neue Alternativen zur Einbrennsilikonisierung

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Wissenschaftler des Innovent e.V. haben neue Verfahren zur haftfestem Silikonbeschichtung entwickelt, die sich auch für Kunststoff eignen.

Immer mehr Medikamente werden in „Fertigspritzen“ vertrieben, das heißt sie sind so vorbereitet, dass sich die Patienten die entsprechenden Injektionen selbst verabreichen können.

Bei Fertigspritzen ist eine geringe Gleitreibung gefragt

Wassertropfen in Sprühsilikonisierter (links) und hydophob beschichteter Spritze (rechts) Foto: Innovent

Bei der Herstellung der vorfüllbarer Glasspritzen ist eine Silikonisierung unumgänglich, um die Gleitreibungskräfte des Kolbenstopfens beim Einsatz der Spritze möglichst gering zu halten.

Das bevorzugte Verfahren dazu ist die Einbrennsilikonisierung, da hierbei eine möglichst geringe Belastung des Medikaments mit freien Silikonöltröpfchen erreicht wird. Ziel des Forschungsprojektes war es daher, effektivere Fixierungsmethoden zur Anbindung des Silikonöls an die Glasoberfläche zu entwickeln, bei denen die gewünschten Eigenschaften (Hydrophobie und Gleitwirkung) nicht beeinträchtigt werden.

Im Rahmen umfangreicher Untersuchungen ist es zum einen  gelungen, die bisher thermisch fixierte Silikonölemulsion nach einer geringfügigen Modifikation zum einen mittels Mikrowellenbehandlung anzubinden, oder thermisch bei deutlich reduzierter Temperatur – nur 150°C anstatt der sonst üblichen 300°C.

Ultradünne Beschichtung mit Silikonöl

Zum anderen wurde mit Hilfe einer komplett nachbehandlungsfreien Methode eine Anbindung von Silikonöl in Form einer ultradünnen Beschichtung erreicht. Dabei werden einzelne Moleküle der Reaktionslösung an der Glasoberfläche gebunden. Weitere Moleküle reagieren damit, so dass an der Oberfläche Polymere aus Silikonöl ausgebildet werden, die man sich wie Borsten einer Bürste vorstellen kann.

Die hydrophoben Eigenschaften der so behandelten Oberflächen sowie das Gleitreibungsverhalten sind vergleichbar mit den Werten von Spritzenkörpern mit Sprüh- oder Einbrennsilikonisierung. Die ultradünnen hydrophoben Schichten sind temperaturstabil bis 150 °C und weisen eine sehr gute mechanische Beständigkeit auf.

Haftfeste Beschichtung von Kunststoffen möglich

Wasser-Kontaktwinkel von verschieden beschichteten PMMA-Substraten nach unterschiedlichen Abrieb-Zyklen. Foto: Innovent

Wichtig aus Kunststoffsicht: Auch auf nicht-oxidischen Materialien wie Kunststoffen kann nach entsprechender Vorbehandlung – zum Beispiel durch das Aufbringen einer dünnen Pyrosil-Schicht – eine haftfeste Anbindung erfolgen. So konnte in einem Abriebstest die Stabilität der Beschichtungen auf den Kunststoff-Substraten (Plexiglas) auch nach 10.000 Zyklen erfolgreich nachgewiesen werden.  gk

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