Kunststoffe und Kautschuk in der Medizintechnik

Biokompatibel allein reicht nicht aus

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Die Medizintechnik ist für Kunststoffe ein stetig wachsender Markt. Zwar nicht unbedingt mengenmäßig, allerdings wertmäßig. Antworten auf die Frage, welche Beiträge Kunststoffe zum Fortschritt in der modernen Medizintechnik leisten, gibt das K´98 Special, das im Rahmen der internationalen Kunststoff- und Kautschukmesse vom 26. bis 28. Oktober stattfindet.

Kunststoffe finden sich heute in den unterschiedlichsten Bereichen der Medizin. Dabei haben sie sich vom reinen Ersatzmaterial zu Konstruktionswerkstoffen und Hochleistungspolymeren mit spezifischen Funktionseigenschaften entwickelt. Ihre Anwendung reicht von High-Tech-Komponenten – zum Beispiel künstlichen Herzklappen – bis zu einfachen Pfennigartiken wie Tablettenboxen.

Mit einem Anteil von 45 % sind Kunststoffe in der Medizintechnik die größte Werkstoffgruppe. So wurden 1997 schätzungsweise 2,8 Mio. t Kunststoffe für medizintechnische Anwendungen verbraucht – davon knapp 770000 t in Europa. Standardkunststoffe wie Polyethylen (PE-HD, PE-LD), Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) sind dabei mit über 80 % vertreten. Technische Kunststoffe tragen bisher nur knapp 19 % zum Kunststoffverbrauch in der Medizintechnik bei.
Aus etwa der Hälfte der verwendeten Polymere entstehen Verpackungen. Wichtigster Werkstoff ist hier das kostengünstige, leicht zu verarbeitende Polystyrol. Bei den Arzneimittel-Verpackungen kommt eine größere Bandbreite an Kunststoffsorten zum Einsatz, aber auch hier handelt es sich vor allem um Standard-Materialien – wie auch bei den medizinische Einwegartikeln.
Das größte Wachstumspotential liegt jedoch bei den Technischen Thermoplasten, zum Beispiel bei langlebigen Bauteile für Geräte und mehrfach zu nutzenden Artikeln wie chirurgische Instrumente. Experten prognostizieren in diesem Bereich ein Mengenwachstum von 3,6 % pro Jahr. Darüber hinaus garantieren die zu erwartenden Fortschritte in der Medizintechnik, daß das Feld ein Wachstumsmarkt für Kunststoffe bleibt. Allerdings mit Schwer-punkt auf einem wertmäßigen Wachstum; der Mengenverbrauch steigt nur langsam.
Grund genug für die Düsseldorfer Messegesellschaft, die vom 22. bis 29. Oktober stattfindende, weltweit größe Kunststoff- und Kautschukmesse, die K´98, um ein Special Medizintechnik zu ergänzen. In Workshops werden Trends, Entwicklungen, neue Technologien und Schnittstellen zu anderen Industrien vorgestellt.
Das Workshop-Programm setzt sich aus drei Schwerpunkten zusammen:
Montag, 26. Oktober 1998, 9.30 bis 13.30 Uhr, Thema: „Innovative Fertigungstechnologien”.
Die Einführung hält Prof. Dr.-Ing. Walter Michaeli vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen. Themen des Workshops sind unter anderem die Leistungsfähigkeit der Mikrotechnik in der Serienfertigung von Kunststoffteilen, strahlenbeständige Polymere oder Werkstoffe für hochpräzise Kleinstteile.
Dienstag, 27. Oktober 1998, 9.30 bis 13.30 Uhr, Thema: „Polymere für medizinische Anwendungen”.
Hier führt Prof. D. F. Williams, Director Department of Clinical Engineering, University of Liverpool, in die Tagesthemen ein. Dazu gehören das Leistungsprofil der Polymere für Anwendungen in der Medizintechnik, Neues über Verpackungswerkstoffe für medizinische Teile oder auch das Thema Qualitätssicherung beim Spritzgießen.
Mittwoch, 28. Oktober 1998, 9.30 bis 13.30 Uhr, Thema: „Die Forderungen der Medizintechnik an die polymeren Werkstoffe”.
Den Einführungsvortrag hält Prof. Buddy D. Ratner, University of Washington, Seattle. Die Themen des Tages sind: Biokompatibilität organischer Werkstoffe; Neue Kunststoffentwicklungen oder neue Typen für Anwendungen in der Medizintechnik; Zeitfaktor beim Umsetzen von Konstruktionsentwürfen in der Vorserie; Miniaturisierung und das Kunststherz – Zukunftsvision oder greifbare Realität.
Eines werden die Referate dabei deutlich aufzeigen: die enormen Anforderungen an Technische Kunststoffe in der Medizintechnik. Abhängig vom Einsatzgebiet müssen sie biokompatibel im Kontakt mit Haut, Blut und Gewebe sein. Bleibt ein Fremdmaterial beispielsweise als künstliches Hüftgelenk im Körper, muß seine Langzeitstabilität gewährleistet sein. Wieder andere Anforderungen stellen sich für jene Polymere, die sich, wenn sie ihren Zweck erfüllt haben, kontrolliert zu harmlosen Abbauprodukten zersetzen. Bei anderen Anwendungen muß der Werkstoff beim Sterilisieren hohe Temperaturen im Autoklaven oder aber Gammastrahlen überstehen. Eine hohe Chemikalienbeständigkeit brauchen Werkstoffe, die mit aggressiven Desinfektionsmitteln in Berührung kommen.
Der Leverkusener Konzern Bayer stellt zum Beispiel einen neuen Polycarbonat-Typ für das Sterilisieren mit Gamma- und Elektronenstrahlen auf der K´98 vor. Makrolon DP1-1262 zeichnet sich durch Farbstabilität gerade bei hohen Strahlendosen und bei Bestrahlungen unter Sauerstoffausschluß aus. Dabei verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften und die Transparenz nicht.
Die Neuentwicklung eignet sich insbesondere für Einwegartikel wie zum Beispiel Dialysatoren, die in ihrer Verpackung mit Gamma- oder Elektronenstrahlen sterilisiert werden.
Makrolon DP1-1805 eignet sich dagegen besonders für medizinische Teile, die häufig in Kontakt mit intravenös zugeführten Flüssigkeiten stehen. Das Produkt zeichnet sich durch eine verbesserte Spannungsrißbeständigkeit gegenüber lipidhaltigen Emulsionen aus.
Zugleich werden die Teile immer kleiner. So stellt die Mikrotechnik extrem hohe Anforderungen an Material und Verarbeitungsverfahren. Nur dann lassen sich präzise Strukturen herstellen. Die Abmessungen von Mikrobauteilen liegen dabei zum Teil in der Dimension der Molekül-Längen handelsüblicher Polymere. An der Entwicklung einer entsprechenden Maschinentechnik wird vielerorts intensiv gearbeitet; vielversprechende Verfahren sind Spritzguß und Heißprägen. Der Meinerzhagener Spritzgießmaschinenbauer Battenfeld stellt zum Beispiel eine komplett neu entwickelte Maschine speziell für die Produktion von Mikrobauteilen in Düsseldorf vor (siehe Industrieanzeiger 30/31).
Der ideale Werkstoff für die Mikroabformung müßte über eine Kombination von Eigenschaften verschiedener technischer Kunststoffe verfügen. Bisher werden vor allem konventionelle Materialien auf Mikrotauglichkeit geprüft. Die Entwicklung neuer spezieller Werkstoffe rechnet sich dagegen kaum, weil die potentiellen Verbrauchsmengen für Mikroteile mit Gewichten im Milligrammbereich zunächst zwangsläufig gering bleiben. Gö
Extrusion: Durchsatz bei der Rohrextrusion nahezu verdoppelt
Neben der Vermarktung von Gesamtanlagen setzt Reifenhäuser bei den Technische Produkten verstärkt auf das Geschäft mit einzelnen Komponenten. So stellen die Troisdorfer unter anderem neue Typen von Ein- und Doppelschneckenextrudern vor.
Was die Produktvielfalt betrifft, gehört die Reifenhäuser GmbH & Co zu den weltweit führenden Herstellern von Extrusionsanlagen für die Kunststoffverarbeitung. Entsprechend umfangreich ist, was die Troisdorfer im Rahmen der K´98 in Halle 15, Stand A21 sowie im naheliegenden Technikum in Troisdorf präsentieren. An drei Tagen wird dazu ein Shuttle-Dienst zwischen Messe und Firmensitz eingerichtet, mit dem Interessierte nach Troisdorf fahren und die großen Anlagen in Betrieb sehen können.
Im Bereich Rohranlagen liegt der Schwerpunkt bei Komponenten und Anlagen zur Extrusion von PCV- und Polyolefin-Rohren. Hier stellen die Troisdorfer neue Doppelschneckenextruder aus der Bitruder-Baureihe mit Schneckendurchmessern von 90 und 115 mm vor. Sie zeichnen sich durch eine deutliche Steigerung der Durchsatzleistung aus. Im Vergleich zu den Vorgängermodellen erhöhte sich die Leistung bei der Rohrextrusion um bis zu 50 %, bei den Profilen um bis zu 47 %. Bei den Einschneckenextrudern werden zwei neue mit 60 und 80 mm Schneckendurchmesser vorgestellt. Sie bieten hohe Durchsatzleistungen sowie eine platzsparende, Bauform.
Mehr Leistung – weniger Kosten, auf diesen Nenner bringen die Geschäftsführer Klaus und Ulrich Reifenhäuser die Vorteile der Direktextrusion. Dabei erfolgt die Polymeraufbereitung und Verarbeitung zum Halbzeug in einem einzigen Schritt. Möglich ist das mit der Reitruder-Baureihe, gleichläufigen Doppelschneckenextrudern. Die Serie umfaßt Maschinen von 43 bis 160 mm Schneckendurchmesser. Einsatz finden sie überall dort, wo Aufbereitungsaufgaben wie das Füllen mit Füllstoffen, das Verstärken mit Fasern oder das Legieren mit anderen Polymeren durch Einschneckenextruder nicht mehr zu realisieren sind. Besonders wirtschaftlich herstellen lassen sich zum Beispiel gefüllte PP-Tiefziehfolien.
Neu- und Weiterentwicklungen sind zudem bei den Schlauchfolienanlagen im Bereich der Coextrusion zu finden sowie bei den Zwei-Blasen-Verfahren und multifunktionalen Wicklern der Compact-Serie. Sie arbeiten nur mit zwei Wickelwellen und bietet Produktionsgeschwindigkeiten bis 250 m/min und einen maximalen Wickeldurchmesser von 800 mm. Sie lassen sich sowohl bei Folien- und Beschichtungsanlagen der Troisdorfer als auch an Anlagen anderer Hersteller einsetzen. Weitere Exponate betreffen die Bereiche Tiefziehfolienanlagen, die Vliesproduktion, Flachfolienanlagen und die Extrusionsbeschichtung. Gö
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