Auf dem Weg zur Nachhaltigkeit: Die entscheidende Rolle der Materialauswahl bei Medical-Schläuchen

Während die globale Diskussion über Nachhaltigkeit an Intensität gewinnt, stehen traditionelle Ansätze wie Abfallreduzierung und die Nutzung kohlenstoffarmer Energiequellen oft im Mittelpunkt. Die Materialauswahl spielt jedoch eine entscheidende, aber bisweilen übersehene Rolle bei der Bestimmung der gesamten Umweltauswirkungen eines Medizinprodukts, insbesondere in Bezug auf CO₂-Emissionen.

Betrachten wir das Medizinschlauch-Ökosystem, um zu verstehen, welche Materialklassen den größten Einfluss auf die CO₂-Emissionen haben. Für die Bewertung benötigen wir zwei zentrale Datenpunkte: die Menge an Medizinschläuchen nach Materialtyp und das Global Warming Potential (GWP) dieser Materialien. Obwohl genaue Zahlen schwer zu ermitteln sind, können wir Schätzungen vornehmen, die allgemeine Trends aufzeigen und Materialien mit signifikanten Emissionsbeiträgen identifizieren.

Zunächst müssen wir die am häufigsten verwendeten Materialien bestimmen. Durch die Synthese externer und interner Daten lässt sich eine grobe Schätzung der meistgenutzten Medizinschlauchmaterialien nach Gewicht erstellen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Meistverwendete Medizinschlauchmaterialien nach Gewicht — **Figure 1**: Estimation of the most utilized medical tubing materials by weight

Häufigste Polymere — **Figure 2**: Global warming potential of commonly used medical tubing materials

Die zweite Information, die notwendig ist, um die ganzheitlichen Emissionsauswirkungen von Medizinschläuchen zu verstehen, ist das Global Warming Potential (GWP) verschiedener Materialien. Diese Kennzahl lässt sich schwer exakt bestimmen, da Emissionen je nach Additiven, Polymerqualitäten und Verarbeitungsbedingungen erheblich variieren können. Daher sind individuelle, produktbezogene Lebenszyklusanalysen (LCA) für eine präzisere Beurteilung der Emissionen unerlässlich. Für diese Analyse auf höherer Ebene habe ich allgemeine GWP-Werte aus verschiedenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen herangezogen. Die Ergebnisse für die am häufigsten verwendeten Polymere sind in Abbildung 2 dargestellt.

Es zeigt sich ein deutlicher Trend: Fluorpolymer-basierte Materialien (wie PTFE und FEP) weisen deutlich höhere Emissionen auf als polyolefinbasierte Materialien (wie PE und PP), was vor allem auf die energieintensiven Prozesse zurückzuführen ist, die für die Herstellung von Fluorpolymeren erforderlich sind.

PTFE (Polytetrafluorethylen) wird häufig für Medizinschläuche verwendet und durch Polymerisation von Tetrafluorethylen-(TFE-)Gas hergestellt. Dieser Prozess beinhaltet aggressive Chemikalien wie Flusssäure. Das resultierende PTFE-Pulver wird anschließend gesintert, granuliert und mittels Pastextrusion zu Schläuchen extrudiert. Leider setzt dieses Herstellungsverfahren starke Treibhausgase frei, insbesondere perfluorierte Verbindungen (PFC), die ein hohes Treibhauspotenzial und eine lange Verweilzeit in der Atmosphäre haben. Auch wenn PTFE zahlreiche medizinische Vorteile bietet, wirkt sich seine Produktion aufgrund dieser Emissionen und des hohen Energiebedarfs erheblich auf die Umwelt aus.

Die Herstellung von Polyolefinen umfasst dagegen einfachere, energieärmere Polymerisationsprozesse ohne aggressive Chemikalien. PP und PE emittieren hauptsächlich CO₂ und vermeiden die starken Treibhausgase, die bei der PTFE-Produktion entstehen. Diese Kunststoffe erzeugen zudem weniger toxische Nebenprodukte und sind leichter zu recyceln, was sie zu umweltfreundlicheren Alternativen macht.

Indem man das GWP jedes Materials mit dessen Gesamtverbrauch multipliziert, zeigt sich, dass Fluorpolymere trotz ihrer relativ geringen Nutzung überproportional zu den Emissionen im Medizinschlauch-Ökosystem beitragen, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Grobe Schätzung des gesamten globalen Erwärmungspotenzials von Medizinschläuchen nach Polymerklassen — **Figure 3**: Rough estimation of total global warming potential of medical tubing by polymer class

Eine „Patentlösung“ als Ersatz für PTFE-Schläuche im Medizintechnik-Ökosystem zu finden, ist jedoch nicht einfach. Fluorpolymere besitzen einzigartige chemische Strukturen, die medizinischen Geräten viele wünschenswerte Eigenschaften verleihen. PTFE wird für Medizinschläuche hoch geschätzt aufgrund seiner:

**Geringe Reibung**: Die antihaftende Oberfläche reduziert die Reibung und macht es ideal für Katheter- und Führungsdrahtanwendungen.
**Chemische Beständigkeit**: PTFE widersteht einer Vielzahl von Chemikalien und gewährleistet Stabilität in verschiedenen medizinischen Umgebungen.
**Temperaturbeständigkeit**: Es behält seine Integrität über einen breiten Temperaturbereich und eignet sich für Sterilisationsprozesse.

Diese beeindruckende Eigenschaftskombination macht den Ersatz von PTFE schwierig. Indem jedoch gezielt spezifische Eigenschaftskombinationen untersucht werden oder die Abhängigkeit von Fluorpolymeren reduziert wird, während diese Schlüsselmerkmale erhalten bleiben, eröffnen sich neue Chancen. Saint-Gobain, ein langjähriger Vorreiter der Materialwissenschaft, steht an vorderster Front dieser Transformation. Auf Basis jahrzehntelanger Expertise investiert das Unternehmen Ressourcen und Forschungsarbeit in die Entwicklung nachhaltiger Alternativen zu dieser Polymerklasse mit hohen CO₂-Emissionen.

Alternativen zu PTFE

**Geringe Reibung: Tygon LCF**
PTFE gilt seit Langem als Goldstandard für Materialien mit niedrigem Reibungskoeffizienten (COF) in der Medizinprodukteindustrie. Wenn Sie jedoch eine Alternative suchen, bietet Tygon LCF einen der niedrigsten COF-Werte innerhalb der Familie der thermoplastischen Elastomere (TPE) (0,29). Zudem ist es kostengünstiger als Fluorpolymere und bietet dennoch die erforderliche Flexibilität für Schlauchanwendungen.
**Chemische Beständigkeit: Tygon 2475**
Bei der Betrachtung von Ersatzstoffen für Fluorpolymere ist es wichtig, die spezifischen Chemikalien zu verstehen, mit denen der Schlauch in Kontakt kommt. PTFE verfügt zwar über ein breites Spektrum an chemischer Beständigkeit, doch eine derart umfassende Resistenz ist für spezifische Anwendungen häufig nicht erforderlich. Tygon 2475 ist ein TPE mit hoher Beständigkeit gegenüber aggressiven Reinigern und Desinfektionsmitteln und weist zugleich eine außergewöhnlich geringe Adsorption auf. Seine glatte Innenseite hilft, das Festsetzen von Partikeln zu verhindern, was es für viele Anwendungen zu einer geeigneten Alternative macht.
**Temperaturbeständigkeit: PEEK**
Für Anwendungen mit hoher Temperaturbeständigkeit zählt PEEK zu den nächstliegenden Alternativen zu Fluorpolymeren. Es bietet eine hervorragende chemische Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist daher eine attraktive Option. Allerdings fehlen optische Transparenz und Flexibilität. Wenn diese Eigenschaften für Ihre Hochtemperaturanwendung entscheidend sind, ist ein Silikonschlauch, wie etwa Bio-Sil, möglicherweise die bessere Empfehlung.
**Reduzierung des Fluorpolymeranteils: Mehrschicht-Schläuche**
Wenn Ihre Anwendung die Erhaltung bestimmter Eigenschaften erfordert, insbesondere für aggressive oder sensible Medien, Sie aber dennoch die Umweltbelastung Ihres Produkts minimieren möchten, könnten Mehrschichtschläuche eine ideale Lösung sein. Dieser Schlauchtyp ermöglicht eine feine Optimierung und Anpassung der Eigenschaften. So verfügt der Versilon C-210-A-CE beispielsweise über eine medienberührte PVDF-Innenschicht in Kombination mit einem TPU-Außenmantel. Dieses Design erhält den Medienkontakt, reduziert dabei jedoch den Einsatz von Fluorpolymerwerkstoffen um 70 %. Darüber hinaus verbessern Mehrschichtschläuche die Biegbarkeit und senken die Kosten im Vergleich zu PVDF-Neumaterial. Ein veranschaulichender Vergleich der relevanten Eigenschaften hebt die Stärken dieser Lösung hervor.

Abschließend lässt sich sagen, dass Materialien für medizinische Schläuche in sehr unterschiedlichem Maße zu Emissionen beitragen, wobei fluorpolymerbasierte Schläuche einen ausgeprägten Einfluss haben. Wenn Sie die für Ihre Anwendung benötigten Eigenschaften sorgfältig abwägen, können sich geeignete Alternativen ergeben. Sind die einzigartigen Eigenschaften von Fluorpolymeren unverzichtbar, bieten Mehrschichtschläuche eine vielversprechende Möglichkeit, die Gesamtemissionsbelastung zu senken und gleichzeitig die Vorteile von Fluorpolymermaterialien beizubehalten.