Nanovlies kann Pollen aufhalten

Pollen, Viren, Bakterien, Tabakrauch, Fein- und Ultrafeinstaub – um sie aus Wohnräumen, Laboren und Krankenhauszimmern fern zu halten, reichen herkömmliche Luftfilter oftmals nicht aus: Die Partikel sind einfach zu klein. Die Berliner Firma Nanoval hat das Knowhow für Vliesstoffe, die auch kleinste Teilchen wirksam aufhalten. Große Maschinen schaffen dabei sehr kleine Strukturen.
Zum Start bitte auf das Bild klicken.

Die Bildreportage (1020,6 KiB) als pdf-Datei.

Pollen, Viren, Bakterien sowie die Tröpfchen, aus denen Fein- und Ultrafeinstaub bestehen, sind so klein, dass sie nicht einfach in einem Filtergewebe hängen bleiben. Zum einen, weil die Poren der meisten Filtermaterialien wesentlich zu groß sind. Zum anderen, weil Objekte, die nur wenige Nanometer groß sind, sich nicht gleichförmig bewegen. Schon Luftmoleküle können sie von ihrer Bahn abbringen. Um sie aufzuhalten, braucht man Fasern, an denen sie sich anlagern können. Foto: Gordon Gross / pixelio.de
Eine besonders kritische Gruppe sind Partikel, die etwa 200 - 300 nm (Nanometer) groß sind. Sie sind in der Lage, an den Fasern vorbei durch die Filter hindurch zu gehen. Wie gut ein Filter ist, wird daran gemessen, wie viele von diesen "most penetrating particles (MMP)" er zurückhält. Für Operationssäle, Intensivstationen und Reinräume in der Industrie werden sogenannte Schwebstofffilter eingesetzt, die tatsächlich auch kleinste Teilchen aufhalten können. Meist aus Glasfasern gefertigt, sind diese Filter aber Teil größerer Klima-, Be- oder Entlüftungsanlagen für Räume ohne Fenster. Für den Alltagsgebrauch, zum Beispiel im Staubsauger, sind sie nicht geeignet. Foto: Martin Büdenbender / pixelio.de
Die Berliner Firma Nanoval hat ein Verfahren entwickelt, mit denen sich Vliese herstellen lassen, die eine ebenso gute Filterwirkung zeigen, aber wesentlich einfacher zu produzieren und anzuwenden sind. Sie setzt dabei auf die Erfahrungen aus ihrem Kerngeschäft: Der feinsten Zerstäubung von Metallen. Foto: MLR/Thorsten Futh
Was sich hier so unterschiedlich in Glanz, Farbe und Struktur zeigt, sind – von rechts oben im Uhrzeigersinn – Silizium, Kupfer, Eisen und Nickel. Werden sie chemisch miteinander verbunden, weist die Legierung neue, typische Eigenschaften auf. Foto: MLR/Thorsten Futh
Dr. Lüder Gerking, Gründer und Geschäftsführer des Unternehmens, perfektionierte das Ver-fahren zur Verschmelzung niedrig- und hochschmelzender Metalle und entwickelte einen Weg, daraus Pulver herzustellen. Dafür braucht es große Hitze, Druck und sogenannte Lavaldüsen, die einen besonderen Aufbau haben. Darin wird das flüssige Metall mit Hilfe eines geeigneten Gases, das die Schmelze mitnimmt, stark beschleunigt. Der Strahl aus flüssigem Metall zerplatzt dadurch in viele feine Tröpfchen, die unmittelbar erkalten und zu Metallpulver erstarren. Foto: MLR/Thorsten Futh
Weil Metalle eine große Oberflächenspannung haben, sind diese Tröpfchen beinahe ideal kugelförmig. Durch die Spezialkenntnisse bei Nanoval können zudem Pulver geliefert werden, in denen die Metallkügelchen alle ungefähr eine Größe haben – vom gröberen bis zum feinsten sind alle Pulver dadurch sehr fließfähig und gut weiterzuverarbeiten. Die Firmen, die solche speziell legierten Metallpulver bei Nanoval in Auftrag geben, formen daraus beispielsweise Hohlformen, nutzen sie als Beschichtung oder fertigen daraus Schmuck. Die feinsten Metallpulver sind zudem für Metallspritzguss oder 3D-Druckverfahren gefragt (Additive Fertigungsverfahren, engl. Additive Manufacturing, AM) oder das Lasersintern. Foto: MLR/Thorsten Futh
Seit 1987 hat sich Nanoval so einen Namen gemacht und verkauft die entsprechenden Anlagen sowie die Metallpulver. Seit einigen Jahren nutzt Nanoval das Prinzip auch, um Kunststoffe zu verspinnen. In einem einzigen Arbeitsschritt entsteht dabei aus Kunststoffgranulat sogenanntes Spinnvlies. Foto: MLR/Thorsten Futh
Auch dabei ist die Laval-Düse das entscheidende Instrument: Wo die heiße Kunststoffschmelze durch die Düse fließt, beschleunigt sie ein starker Luftstrom so sehr, dass wie bei den Metallen der einzigartige Nanoval-Effekt auftritt: die Schmelze zerplatzt. Anders als Metalle haben Kunststoffe keine große Oberflächenspannung, sind aber sehr dehnbar. So werden aus einem Faden viele endlose Fasern – Filamente genannt - die bei feinen Vliesen zwischen 500 nm und 2 µm (Mikrometer) dick sind und bei groben 3 µm bis 60 µm. Foto: MLR/Thorsten Futh
Bei sehr feinen Vliesen (zum Beispiel beim Nanovliesz (TM)) messen bis zu ein Drittel der Filamente weniger als 1.000 nm im Durchmesser, also weniger als 1 µm (Mikrometer). Im Nanovliesz (TM) des Reinickendorfer Unternehmens wechseln sich also annähernd nanoskalige Poren und Filamentabschnitte mit solchen ab, die mikrometerstark sind. "Genau das ist die Stärke unserer Spinnvliese", erklärt der Ingenieur Christian Gerking. "Besonders kleine Partikel haften bevorzugt an Filamenten, die ebenfalls sehr fein sind. Größere Partikel lagern sich dagegen am besten an den gröberen Filamenten an oder werden von Poren aufgehalten. Weil unser Vlies wegen des explosionsartigen, also zufällig ablaufenden Spleiß-Effektes generell aus Filamenten und Poren mit sehr verschiedenen Durchmessern besteht, werden Partikel aller Größen wirksam aufgehalten – auch die der besonders kritischen, mittleren Größe, der so genannten Most Penetrating Particle Size (MPPS), die zu klein sind, um in den Poren hängenzubleiben und zu grob, um an den feinen Filamenten durch Adhäsionskräfte gebunden zu werden wie die sich zufallsbedingt hin und her bewegenden Feinstpartikel unter 200 nm." Foto: MLR/Thorsten Futh
Nanoval entwickelt diese Technologie und entsprechende Materialien mit dem Ziel, künftig die Spinnvlies-Anlagen zu verkaufen. Pilotanlagen wurden bereits im In- und Ausland verkauft. Anwendungsfelder gibt es viele: Das Vlies von Nanoval ist im Vergleich zu herkömmlichen feinen Vliesen, wie Meltblown, reißfester, faltbar (plissierfähig) und langlebig. Seine Filtereigenschaften empfehlen es als wirksamen Pollenfilter in Staubsaugern, Klimaanlagen und den Innenraumbelüftungen für Autos. Als Mundschutzfilter und OP-Kittel könnte es Keime sehr wirksam ausschließen, an den Fenstern von Allergikern oder Krankenzimmern die Räume frei von Pollen und belastendem Feinstaub halten. Foto: MLR/Thorsten Futh
Eine neuere Entwicklung bei Nanoval ist das Spinnen von Cellulose, die aus Holz, Sägespänen oder anderen geeigneten Pflanzenteilen wie Bambus oder Baumwolllinter (einem Abfall aus der Baumwollherstellung) hergestellt wird. "Die Filamente bei Vliesen aus Cellulose sind zwar mit einem mittleren Filamentdurchmesser von bis zu 3 - 4 µm etwas gröber als die von künstlichen Polymeren aus PP, PE, PA, PET, PPS, PBT oder PLA, die bis zu 1,0 - 1,1 µm im Mittel haben können, aber Cellulose ist wie ein Papiertaschentuch auch ohne Imprägnierung aufnahmefähig für Wasser. So kann man Vliese herstellen, die bestimmte Eigenschaften besitzen, sodass die Vliese besonders saugstark oder antibakteriell sind", erklärt Dr. Lüder Gerking (im Bild links). "Auch katalytische Wirkungen wären denkbar, der Zusatz von Adsorbern oder die Gestaltung mit nanofeinen Poren als hochsensible Filtermaterialien aus Cellulose", ergänzt Christian Gerking (rechts) die Pläne für die Zukunft. Foto: MLR/Thorsten Futh


Sie wollen mehr darüber erfahren, wo und wofür Nanomaterialien eingesetzt werden? Dann stöbern Sie in unseren anderen Bildreportagen.