DFO: Optische versus technische Mängel
Über den Einfluss der Lackherstellung bei antibakteriellen Beschichtungen
Für Beschichtungen mit antibakteriellen Wirkstoffen auf Basis von Silberionen in der Medizintechnik werden bei der Lackherstellung silberhaltige Additive beigemengt, welche in Form gelöster Ionen die Mikroorganismen abtöten.
Beschichtungen mit antibakteriellen Wirkstoffen auf Basis von Silberionen gehören in der Medizintechnik zum Stand der Technik. Bei der Lackherstellung werden silberhaltige Additive dem Beschichtungsstoff in geringen Mengen zugegeben und den Rest der Arbeit erledigt das Silber, sobald es in Form gelöster Ionen in Kontakt mit Mikroorganismen kommt.
Der nachfolgende Schadensfall, der der DFO Service GmbH zur Untersuchung vorlag, zeigt allerdings, dass auch in der Lackherstellung Fehler gemacht werden können, welche die antibakterielle Wirkung solcher Beschichtungen beeinträchtigen können. Bei pulverbeschichteten Stahlbauteilen für die Medizintechnik kam es zu visuell auffälligen Fehlerstellen in Form von kleinen gräulichen Einschlüssen in der Beschichtung. Bei dem Lacksystem handelte es sich um einen antibakteriellen Pulverlack auf Polyesterbasis. Die antibakterielle Wirkung fußte auf der Beimischung eines silberhaltigen Additivs. Das Fehlerbild ließ sich beim Beschichter auf eine Pulverlackcharge eingrenzen, doch die Ursache wurde kontrovers diskutiert.
Die Reklamation des Puverlacks von Seiten des Beschichters wurde über ein anwaltliches Schreiben vom Lacklieferanten abgelehnt. Darin hieß es, man hätte bei der Auftragsstellung keine Angaben zum gewünschten optischen Qualitätsniveau gemacht, was jedoch gemäß QIB-Richtlinien vorgeschrieben wäre. Das bedeute automatisch, man würde sich mit optischer Güte mittlerer Qualität einverstanden erklären. Folglich wären die sporadischen Stippen kein Mangel im rechtlichen Sinne.
Rechtslage versus Realität
Der DFO wurden daher zur Ursachenanalyse entsprechend betroffene Bauteilausschnitte sowie Proben des verwendeten Pulverlacks (Frischpulver) zur Verfügung gestellt. Bei der Untersuchung von Einschlüssen in der Beschichtung ist einer der ersten Schritte die lichtmikroskopische Betrachtung. Mittels diverser Beleuchtungsarten, Vergrößerungsstufen und Filter erlangt man meist wertvolle Informationen, die einem bei der Auswahl der geeigneten instrumentellen Analytik weiterhelfen.
In diesem Fall konnten in allen Fehlerstellen dunkle, rundliche und kristalline Einschlüsse erkannt werden (siehe Abbildung 1). Im nächsten Schritt wurden diese Einschlüsse in Aufsicht per Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) untersucht (siehe Abbildung 2). Die rundlichen Einschlüsse waren stark sauerstoff-, phosphor- sowie magnesiumhaltig und enthielten Spuren von Silber.
Da es sich um eine ausgewiesene antibakterielle Beschichtung handelte, war davon auszugehen, dass das detektierte Silber auf den antibakteriellen „Wirkstoff“ zurückzuführen war. Um das Silber in den Pulverlack zu bekommen, wird dieses typischerweise an einen Trägerstoff gebunden und so dem Pulverlack beigemischt. Dieser Trägerstoff kann beispielsweise aus Magnesiumphosphat bestehen, was die Quelle der detektierten Elemente Sauerstoff, Phosphor und Magnesium erklärt. Der antibakterielle Wirkstoff in Form von silberhaltigen Magnesiumphosphat- Partikeln ist als Additiv in der Pulverlackrezeptur zu verstehen. Dieses Additiv wird meist mittels Dry-Blend- Verfahren dem Pulverlack zugemischt, es durchläuft folglich nicht den Extrudier- und auch nicht den Mahlprozess mit dem Pulver. Folglich muss das Additiv bereits ausreichend feinteilig vorliegen, wenn es zugemischt wird. Als Ursache wurde nun vermutet, dass das Additiv teilweise zu große Partikel enthielt. Das Produktdatenblatt des Pulverlacks gab eine Sollschichtdicke von 60 μm vor.
Sind die Magnesiumphosphat-Partikel deutlich größer als die Schichtdicke der Beschichtung, können sie aus der Beschichtungsoberf läche herausragen und als Einschlüsse beziehungsweise Stippen wahrgenommen werden, so wie im vorliegenden Schadensfall. Während ähnlich große Filmbildner-Partikel während des Einbrennens aufschmelzen und verlaufen, bleiben die (anorganischen) Magnesiumphopsphat-Partikel unverändert, sie schmelzen nicht auf und bilden entsprechend Stippen. Daher muss produktionsseitig sichergestellt werden, dass diese Partikel ausreichend klein sind.
Additiv-Partikel mit Übergröße
Um zu prüfen, ob die Pulverlackcharge übergroße Additiv-Partikel enthielt, wurde eine Teilmenge des Pulvers mittels Rüttelsieb mit 100 μm Maschenweite gesiebt und die im Sieb verbliebenen Rückstände auf einen Probenträger zur Untersuchung im REM übertragen. Tatsächlich fanden sich in den Siebrückständen des verwendeten Pulverlacks zahlreich silberhaltige Magnesiumphosphat- Partikel mit teilweise über 200 μm Partikelgröße, die somit mehr als dreimal so groß wie die vorgegebene Sollschichtdicke der Beschichtung waren (siehe Abbildung 3).
Dem anwaltlichen Schreiben waren demnach zwei Punkte gegenzuhalten: Zum einen war die Beschreibung des Vorgehens bei Qualitätsabstimmungen gemäß QIB-Richtlinien zwar korrekt, jedoch war in diesem Fall kein Zusammenhang mit oder sogar eine Orientierungspflicht an QIB-Richtlinien nachvollziehbar. Weder im Produktdatenblatt des verwendeten Pulverlacks war ein Bezug auf QIB-Richtlinien zu finden, noch war der Beschichter Mitglied der QIB oder bezog sich auf deren Richtlinien. Eine verpflichtende Einhaltung dieser Richtlinien gibt es außer halb des Vereins nicht. Zum zweiten war davon auszugehen, dass die zu großen silberhaltigen Magnesiumphopshat-Partikel nur begrenzt zur antibakteriellen Wirkung der Beschichtung beitragen, da sie in den Stippen nur lokal und somit sehr begrenzt wirken konnten. Für eine optimale Wirkung müssen derartige Additive jedoch möglichst fein und homogen verteilt in der gesamten Beschichtung vorliegen. Eine Zudosierung von Additiven in der Pulverlackfertigung erfolgt nach Gewichtsprozent.
Fazit: Technischer statt optischer Mangel
Somit lag in diesem Fall nicht nur ein optischer, sondern auch ein technischer Mangel vor, da davon auszugehen war, dass lokale Aufkonzentrationen des antibakteriell wirkenden Additivs in Form dieser großen silberhaltigen Magnesiumphosphat-Partikel zu einer reduzierten Konzentration in den übrigen Beschichtungsbereichen führen und dort entsprechend eine reduzierte antibakterielle Wirkung die Folge war.
Fehlerbild des Monats
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