2011 11-17-smart coating workshop - antibacterieel - nieuwe materialen en oppervlaktebehandelingen helpen hygiëne - sirris

het collectief centrum van de Belgische technologische industrie

Antibacteriële materialen en coatings

Marc Van Stappen (Sirris)

(Hasselt, 17/11/2011)

22/11/2011© sirris 2011 | www.sirris.be | [email protected] | 2

Driving industry by technology

• Wat?• Ondernemingen helpen bij het invoeren van

technologische innovaties

• Waarom?

• De concurrentiepositie duurzaam versterken

• Voor wie?

• De Belgische technologische industrie


Het collectief centrum

Federatievan de technologische industrie

“De competitiviteit van bedrijven in de Agoria-sectoren verhogen door technologische innovatie.”

Collectief centrumvan de technologische industrie

• Non-profit organisation• Industry-owned

MISSION


van de technologische industrie

Automobiel Bouwproducten Contracting & maintenanceElektrotechniek Industriële automatisering

Informatie- en communicatietechnologieën (ICT) Kunststoffen & composieten Lucht- & ruimtevaart

Mechatronica Metaalbewerking Metalen & materialen Montage & kranen Veiligheid & defensie


Mission statement in practice

De juiste technologische keuzes maken die een duurzame economische groei ondersteunen

Nieuwe technologieën omzetten inconcrete producten en diensten

Vanuit de business & technologie

strategie van het bedrijf value innovationthrough

technology


Lokaal aanwezig, dicht bij de bedrijven

LeuvenMechatronics

Technology CoachingSirris Leuven Composites Application Lab

HasseltMaterials Engineering

Production TechnologySmart Coating Application Lab

CharleroiAdditive Manufacturing

BrusselSoftware Engineering & ICTTechnology Coaching

GentMaterials Engineering

LuikAdditive Manufacturing

Materials EngineeringSirris Microfabrication Application Lab

> 120 experts verspreid over 6 sites in de 3 regios


De lidbedrijven van Sirris

2325 KMO’s (<250 werknemers)

2450 ondernemingen

125 grote ondernemingen (>250 werknemers)


Wat kan Sirris voor u betekenen?

uitgebreid partnernetwerk - optimale projectfinanciering (publiek&privaat)Intellectueel Eigendom blijft bij bedrijf


Competentiedomeinen

•Materials Engineering•Production Technology•Mechatronics

•Additive Manufacturing•Software Engineering & ICT•Technology Coaching


Sirris Leuven CompositesApplication Lab

Sirris Smart CoatingApplication Lab

Sirris MicrofabricationApplication Lab

Leuven Hasselt Luik

Industrial Application Labs

OVERBRUG DE KLOOF TUSSEN R&D EN DE MARKT, TEST INNOVATIES

UIT IN EEN INDUSTRIËLE OMGEVING


Partnernetwerk

OverhedenAcademische partners

Industriëlepartners

http://www.iwt.be/�

http://www.belgium.be/eportal/application?origin=charterBanner.jsp&event=bea.portal.framework.internal.refresh&pageid=charterPodPage&navId=10012�

http://www.sirris.be/defaultPage.php?id=750�






[email protected] / #Sirris / Sirris_be


WWW.SIRRIS.BE TECHNILINE.SIRRIS.BE

News & agenda

interAction newsletter

Contacts

Wekelijkse technologiewacht

Wereld van kennis

Snel en gemakkelijk

22-11-2011© Sirris | www.sirris.be | [email protected] | 13


What we are?

http://i.ehow.com/images/GlobalPhoto/Articles/4610630/85852_Full.jpg�

http://images.google.be/imgres?imgurl=http://www.uspinternational.nl/UserFiles/anti fog foto-2.JPG&imgrefurl=http://www.uspinternational.nl/cms.php?id=4&usg=__nVBhV52ufz3pP2pSXALSMD1zXqM=&h=125&w=154&sz=5&hl=nl&start=671&tbnid=mjTsfzGLJP5iPM:&tbnh=78&tbnw=96&prev=/images?q=anti-fog&gbv=2&ndsp=21&hl=nl&sa=N&start=651�

http://images.google.be/imgres?imgurl=http://www.ocmodshop.com/images/reviews/misc/novus_scratch_remover/bigscratch800.jpg&imgrefurl=http://www.ocmodshop.com/ocmodshop.aspx?a=1145&usg=__f-jOWBoDXgeLnNHS1uDD40zJAUU=&h=585&w=800&sz=40&hl=nl&start=10&um=1&tbnid=FplpUyB0efAnTM:&tbnh=105&tbnw=143&prev=/images?q=plastic+scratch&ndsp=18&hl=nl&sa=N&um=1�

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Failedrope1.jpg�

From idea to product


• Demonstration lab with• new technologies• technology screening and

selection• development of new

surface functions• improvement of

material’s performance• proof of concept (also

large areas)• testing of surface

properties• Failure analysis

• Linking to partners and suppliers

Smart Coating Application LabPVD en PACVD

• PVD/PECVD/CVD equipments


The newest generation of PVD/PECVD coatings- Arc evaporation- Magnetron sputtering- PACVD- Duplex treatmentDeposition of new

multifunctional and smart coatings

High coating quality by HIPIMS technology

T-mode control in reactive sputtering for the deposition of metal oxides Deposition of DLC and glass

like coatings by PECVD process

Hauzer Flexicoat® 850

Smart Coating Application Lab Chemical lab


Testing and measurements

Hybrid chemistry (Organic+ Inorganic),

incl. sol- gel synthesis

Particle surface modification

Formulation / Compounding

Application: Coating & Printing

Functional coatings by hybrid chemical technology

http://images.google.be/imgres?imgurl=http://bccw.cityu.edu.hk/main/image/suspen_dome.jpg&imgrefurl=http://bccw.cityu.edu.hk/main/wp_research.asp&usg=__0pQ1iKR3N7W1i-9CVM4ben9iYKE=&h=583&w=830&sz=151&hl=nl&start=23&um=1&tbnid=GjgL7xMlqUWqtM:&tbnh=101&tbnw=144&prev=/images?q=smart+materials&ndsp=18&hl=nl&sa=N&start=18&um=1�



1. Micro-organismen en hun werking gevolgen

2. Antibacteriële werking: aanhechten van bacteriën tegengaan

3. Antibacteriële werking: doden van bacteriën


-micro-organismen groeien in vochtige milieus en in aanwezigheid van organische voedingsbodem (voedselresten, vingercontact,…)

-tal van schadelijke gevolgen:---3000 ziekenhuisdoden/jaar in België---grote onderhoudskosten in voedingssector---voedselvergiftiging---geurhinder, verkleuring, aantasting van materialen,…-huidige aanpak:

---reinigen, desinfecteren---hygiënisch ontwerp---groeiend gebruik antibacteriële materialen en coatings



Micro- organismen en hun werking

-er zijn diverse soorten micro-organismen, in verschillende groeivormen, in diverse leefomstandigheden

-enkele bekende soorten:

-wanneer bacteriën zich vasthechten aan een oppervlak kan een kleverige slijmlaag ontstaan (=biofilm) die zich anders gaat gedragen dan individuele vrijlevende bacteriën

- - Legionella

- - Salmonella

- - Ziekenhuisbacterie MRSA

- - E. Coli

- - Listeria- - Staphylococcus Aurus

- - …


-ons lichaam bevat ‘goede’ bacteriën, de ‘slechte’ zitten vooral op onze handen en huid

-elke 20 minuten verdubbelt de aangroei van bacteriën (na 10u ca 1 miljoen)










-hoe bacteriën bestreden

kunnen worden:--thermisch= hitte van stoom doodt bacteriën--chemisch= alcohol- en chloorhoudende ontsmettingsmiddelen, antibiotica, antischimmelproducten--antikleefmaterialen maken reinigen makkelijker--hygiënisch ontwerpen van machines (EHEDG) (bv vermijden dode hoeken, geen poreuze oppervlakken)--compromis: combinatie van preventie en van reinigen

Aanhechten van voedselresten tegengaan(vb. inox, PTFE, epoxy natlakken)


Aanhechten van bacteriën tegengaan

-de typische structuur van een haaievin zorgt voor minder bacteriële aangroeidit patroon wordt nagebootst op kunststoffolie


Aanhechten van bacteriën tegengaan


Doden van bacteriën

1. Organische biociden

2. Zilveradditieven

3. Koper

4. Titaanoxyde



Organische biociden

-toevoeging van organische biociden aan kunststoffen/ rubbers:

--triclosan--OBPA (organometallisch)--isothiazolinonen--chitosan (uit schilden van schelpdieren)--IBPC (gehalogeneerd)--ammoniumsilaan


Organische biociden

-eisen waaraan biociden moeten voldoen

--moeten compatibel zijn met de kunststof (bv T-bestendig)--mogen de eigenschappen van kunststoffen niet aantasten--door uitloging kan milieuschade ontstaan, kan ook de antibacteriële werking zakken--moeten efficiënt werken gedurende bepaalde duur--low-cost


Organische biociden

-enkele voorbeelden: --”S”plus+AB van Murtfeldt/D: reduceert bacterieaangroei met 99.9%, approved for use in food industry (EU, FDA)--DSM ontwikkelt polyurethaan met toegevoegde additieven (alkylammonium chloride) die tijdens spuitgieten of extrusie naar oppervlak migreren en daar nieuwe monolagen maken (SAME, self assembling mono layer)--Biosafe van Biosafe/VS--Vinyzene van Rohm&Haas/D--Polysept van Polychem/VS

Organische biociden

-verder nog antibacteriële folie op basis van triclosan kan gelamineerd worden op diverse oppervlakken (bv restaurants, ziekenhuizen, schepen,…)

-schimmelwerende siliconen (afkitten van voegen), maar in combinatie met hygiënisch ontwerp!


Organische biociden

-ook gebruik van organische biociden in mengsel93% kwartsglas+ en harsen (Silestone van Cosentino):

toepassingen in vloeren, trappen, werkbladen


Zilveradditieven

-zilver al langer gekend als bacteriedodend materiaal: het ion dat zich vormt in vocht grijpt in op de DNA-structuur van bacteriën

-kleine hoeveelheid toegevoegd aan kunststof, lak, staal, … is voldoende

-zilver wordt wel ‘verbruikt’ gecontroleerde vrijgave door inbouwen van zilver in een ionenwisselaar


Zilveradditieven

-celwand van schimmels is dikker tov bacteriën: meer zilver-concentratie nodig= ook duurder

-nano-zilverdeeltjes hebben groter oppervlak/massa verhouding waardoor efficiëntere vrijgave van ionen

-zilveradditieven hebben lange termijnwerking, zijn bestand tegen veelvuldig reinigen, zijn thermisch resistent

-micro-organismen kunnen minder resistentie ontwikkelen tegen zilver dan tegen organische biociden

-zilverionen doeltreffend in lage concentraties (bv 0.001 ppm)

-zilver is onschadelijk voor mens



Antibacteriële kunststoffen met zilver

-Luran van BASF, approved for foodEFSA (European Food SafetyAssociation), ook hand dryers, computer key boards, public washroomfacilities-polycarbonaat Makrolon Antimicrobialvan Bayer-PVC warmtewisselaarspijpen(luchtbehandeling HVAC, condensvorming binnenin pijpen, aangroei bacteriën): Ecoair van Rehau-siliconen elastomeren -nanopoeder in katheters (FraunhoferIFAM en Biogate Nanosilver)-rubbers voor medische en voedingssector (zonder zwavel=doet werking zilver teniet) (Milliken)-ijskastrekken en werkschoenen (AlphaSan)

Antibacteriële kunststoffen met zilver



Zilverdeeltjes in andere materialen

-antibacteriële staalsoorten bevatten bepaalde concentratie zilver (<1%) en Cu (1-3%) (bv Baosteel/China)

-snijschijven voor groenten op basis van glasvezelversterkte composieten (met zilvergebaseerd additief) (Brunner AG/CH)

-zilvernanodeeltjes in verbanden (Acticoat van Smith&Nephew)


Zilverdeeltjes in lakken

-zilverhoudende laksystemen

-Ergo-Lock coating

--Sterilcoat van Oxyplast (combinatie van reinigbare lak met antibacteriële zilverdeeltjes)--thermohardendepoedercoatings (Teodurvan Dupont)--polyurethaan lakken (Medipur van LelyCoatings/Zweihorn)--antibacteriële muurverven met nanodeeltjes(Bioni/Fraunhofer)--verf van Sikkens in pralinefabriek

Zilverdeeltjes in sol- gels

- sol- gels: men vertrekt van organosilanen in waterige suspensie, door reactie met water, vervolgens condensatie: gelvorming

(EPG/D met zilveradditief, Nanogate/D, CTC,…)

-in combinatie met krasvastheid, transparantie,…


substraat

Hybride coating~ 10-tal µm

substraat

Hybride coating~ 10-tal µm

(a)

(b)

(c)


Zilveradditieven

Koper

-zelfde type bacteriedodende werking als zilver (ionvorming)-goedkoper alternatief-werkt beter tegen schimmels-massief koper voldoet aan strenge Amerikaanse EPA-regels

(+langetermijnwerking: geen uitlogen van additieven)


Koper


Koper



Fotokatalytische titaanoxyde- lagen

-principe fotokatalyse van TiO2 (enkel anatase-vorm):

-halfgeleider wordt door UV-licht een geleider-oppervlakte-activatie: emissie van electronen-ontstaan van superoxides en reactieve hydroxyl-radicalen:--water + ‘hole’ geeft .OH en H+--zuurstof + electron geeft superoxide (.O2-)-deze actieve stoffen storen DNA-structuur van bacteriën-omzetting organische materiaal in CO2 en water-oppervlak wordt ook hydrofiel!



-enkele voorbeelden: --verven EcoPittura van Global Engineering--touch Clean deurklinken van Dortrend/UK (opgespoten laag)--glas van Pilkington(oppervlakte-laag door pyrolyse)--sol-gel met TiO2-nanodeeltjes van EPG/D--Hydrotec-muurtegels van Toto (TiO2-spray liquid+uitbakken 800°C)--diverse sol-gel toepassingen in Japan, vanuit Ti-isopropoxide)



Enkele nieuwe ontwikkelingen

-nieuwe kunststoftechnologie op basis van

--inbouwen boodschappermoleculen (monomeren) die communicatie tussen bacteriën beïnvloeden

--inobuwen reactieve polykationen die zich binden aan celwand van bacteriën en groei verstoren (Biosafe-project)

--inbouwen van additieven in bindmiddel van verven, tijdens uitharden ontstaat er positieve lading aan oppervlak, binding met celwand van bacteriën (AM)



Conclusies

-tal van materialen en oppervlaktebehandelingen worden wereldwijd onderzocht en worden commercieel aangeboden

-antibacteriële werking/lange-termijnwerking versus kostprijs: technisch-economische haalbaarheid nagaan case by case

-bekijken in combinatie met ontwerp en reinigen

Crossroads

-mogelijke projectaanpak ism cluster van bedrijven (Vla+NL)-uitwerken innovatief antibacterieel product (R&D, state of the

art, testen)-rond 3-tal cases (in kader ziekenhuisomgeving)-generieke omkadering (fieldtesten, promotie, regelgeving,

technische fiches)-indienen project begin 2012-consortiummeetings in december 2011

-contact: [email protected]


mailto:[email protected]�