Freisetzung von Silberionen aus photochemisch generierten Polymerschichten
Final Report Abstract
Silbergefüllte Polyacrylatschichten auf Polyetheretherketonfolie wurden ohne Verwendung molekularer Photoinitiatoren hergestellt, indem die photokatalytische Aktivität silberbe-schichteter Titandioxide zur Initiierung einer Polymerisation ausgenutzt wurde. Mit dem Ziel, tiefere Einblicke in die Freisetzungsmechanismen zu gewinnen, wurde die Frei-setzung von Silberionen aus den silbergefüllten Acrylat-Photopolymerschichten bei gleichen Füllgraden in Abhängigkeit von der chemischen Struktur der Polyacrylate untersucht: Die Freisetzung von Silberionen nimmt mit steigender Anzahl von Ethoxygruppen pro Monomer-einheit zu. Die Ursache dafür ist eine Verbesserung der Wasseraufnahme der Polymermatrix sowie eine Zunahme des Diffusionskoeffizienten des Wassers im Polymeren durch die Ein-führung hydrophiler Ethoxygruppen. Die Freisetzung von Silberionen aus den untersuchten Polyacrylatschichten ist ein diffusions-kontrollierter Prozess. Der Diffusionskoeffizient der Silberionen in den Polymeren nimmt mit der Anzahl der Ethoxygruppen pro Monomereinheit und damit mit steigendem Diffusionsko-effizienten des Wassers in der Matrix zu. Generell ist der Diffusionskoeffizient der Silber-ionen mind. 2 Größenordnungen niedriger als der Diffusionskoeffizient des Wassers in der Matrix, obwohl der Radius von Wassermolekülen doppelt so groß ist wie der von Silberionen. Diese Befunde sprechen für hydratisierte Silberionen in den Polymeren. An den Acrylat-Photopolymerschichten lassen sich Einflüsse der Teilchengröße der Silber-partikel nicht untersuchen, da mit Silbernanopartikeln beschichtetes Titandioxid die Poly-merisation der Acrylate inhibiert und sich somit keine mit Silbernanopartikeln gefüllten Poly-acrylatschichten herstellen lassen. Daher wurden ergänzend Untersuchungen zur Freisetzung von Silberionen aus Polyamid/Silber-Nano- und Mikrokompositen durchgeführt. Die Frei-setzung von Silberionen aus Nanokompositen ist deutlich effizienter im Vergleich zu konven-tionellen Kompositen, da Silbernanopartikel eine höhere spezifische Oberfläche haben und die Ionenbildung nur an der Partikeloberfläche stattfindet. Die Langzeitfreisetzung aus Poly-amid/Silber-Nanokompositen nimmt bei vergleichbaren Diffusionskoeffizienten des Wassers in den Polymeren exponentiell mit der max. Wasseraufnahme zu. Die Freisetzung von Silber-ionen aus hydrophilen Polyamid/Silber-Nanokompositen folgt einer Kinetik nullter Ordnung, während die Freisetzung aus hydrophoberen Polyamiden (max. Wasseraufnahme < 5 Gew.%) diffusionskontrolliert ist. Die Wirksamkeit der silbergefüllten Polyacrylatschichten und Polyamide gegen Escherichia coli korreliert mit der Freisetzung von Silberionen: Wird pro Tag eine Silberionenmenge von mind. 1 μg*l-1*cm-2 freigesetzt, so werden E. coli innerhalb 24 h vollständig abgetötet.
Publications
- C. Damm, G. Israel, Photoelectric properties and photocatalytic activity of silver-coated titanium dioxides, Dyes and Pigments 75(3) (2007) 612-618
- C. Damm, H. Münstedt, A. Rösch, Long-term antimicrobial polyamide 6 / silver-nanocomposites, Journal of Materials Science 42 (2007) 6067-6073
- C. Damm, H. Münstedt, A. Rösch, The antimicrobial efficacy of polyamide 6/silver-nano- and microcomposites, Materials Chemistry and Physics 108(1) (2008) 61-66
- C. Damm, H. Münstedt, Vortrag "Antimicrobial polymers based on silver nanopar-ticles", Partec, Nürnberg 27.-29.3.2007
- C. Damm, Münstedt, Vortrag "Silver ion release from antimicrobial poly-amide/silver-nanocomposites", International Symposium on Nanostructured Biomaterials: Characterization and Properties, Wittenberg 10.-11.5.2007
- C. Damm, Poster "Antimicrobial coatings prepared by an acrylate photopolymerisation induced by Ag-coated TiO2", XIII International Conference on Photochemistry (ICP07), Köln 29.7.-3.8.2007
