Die Auswahl des richtigen Wischtuchs

Reinraumtücher

Cleanroom Technology
The International Journal of Contamination Control
Die Auswahl des richtigen Wischtuchs

Welches Wischtuch ist das passende? Contec Inc's Artikel der Juni-Ausgabe des Cleanroom Technology Journal gibt hilfreiche Tipps bezüglich der richtigen Wahl.

Die Auswahl des richtigen Wischtuchs

Durch die Vielfalt der verschiedenen Tücher auf dem Markt hat sich deren Auswahl für eine bestimmte Anwendung verkompliziert. Karen Rossington gibt Hinweise zur Auswahl und der besten Anwendung.

Reinräume und andere kontrollierte Umgebungen erfordern eine strenge Kontrolle von Partikeln, Reststoffen und Mikroorganismen, um die gewünschten Produkt- oder Prozessergebnisse zu gewährleisten. Jede Branche hat dabei ihre eigenen kritischen Parameter: Ionen und Partikel in der Elektronikbranche; Mikroben, Endotoxine und Partikel in der Biowissenschaft; und Faserstoffe und Silikon in der Automobillackierung und im Grafikdruck. Die Kontrolle dieser kritischen Parameter wird oft durch die Nutzung von trockenen oder vorgetränkten Wischtüchern realisiert. Für Nutzer von Reinräumen gibt es ein großes Sortiment an Wischtüchern - mit einer großen Vielfalt an Substraten; gefertigt durch verschiedene Herstellungsmethoden; mit verschiedenen Oberflächenbehandlungen gefertigt, um die Partikelaufnahme zu verbessern oder die Sorption zu erhöhen; mit verschiedenen Gewichten und Größen, Reinheitsgraden, und mit Auswahl der Imprägnation. Und dies alles noch bevor wir überhaupt von Verpackungsgröße, Verpackung und Sterilität reden. Die meisten Nutzer wissen genau, was das Wischtuch leisten muss, z. B. die Entfernung der Überreste eines Desinfektionsmittels in einer Zone der Klasse A, ohne zum allgemeinen Kontaminationslevel beizutragen. Es ist jedoch nicht so einfach herauszufinden, welches Wischtuch die Parameter bietet, die sie benötigen. Diese Basisrichtlinie gibt Auskunft darüber, warum das Wischen eine so effektive Methode zur Kontaminationskontrolle ist, aber wirft auch einen Blick auf die Tuchsubstrate und vergleicht die Schlüsselfaktoren und -merkmale, die bei der Auswahl des Wischtuchs berücksichtigt werden sollten.

Verschiedene Studien haben gezeigt, dass Wischen eine effektive Methode zur Kontaminationskontrolle auf Oberflächen ist. I.F.Stowers und H.G.Patton schauten sich 1978 im Rahmen ihrer ersten Forschungsarbeiten sieben verschiedenen Techniken zur Oberflächenreinigung an, um Kontaminationen von optischen Oberflächen zu entfernen. Sie schlussfolgerten, dass das Wischen mit einem getränkten Objektivreinigungstuch die effektivste Methode zur Entfernung von Partikeln ist.1

Tabelle Wischtücher Reinigungseffektivität

Weitere Methoden zur Reinigung wären z. B. die Reinigung durch Trockenwischen, mit Druckluft, durch Saugluft, durch Kleberollen oder durch Spülen mit einer großen Menge an Lösungsmitteln. Die Reinigung mit Saugluft ist für die Entfernung von großen, sichtbaren Kontaminierungen geeignet, und es sind Saugluftreiniger für Reinräume mit HEPA-Filterabsaugung erhältlich. Die Nutzung von Druckluft entfernt vielleicht einige der Partikel, aber kann diese Methode die Partikel auch aus dem Reinraum entfernen? Die Nutzung von großen Mengen an Flüssigkeiten, um die Oberflächen zu spülen, ist nicht effektiv und führt zu Flüssigkeitsansammlungen und Entsorgungsprobleme. Weitere Studien zum Thema Reinigungsmethoden auf größeren Flächen sind zu dem gleichen Ergebnis gekommen: Die Feuchtwischmethode ist die effektivste Reinigungsmethode. Die Reinigung mit einem Dryden Q3 Oberflächenanalysator auf vorbereiteten Platten mit Partikeln von bekannter Größe hat einen Verringerungssatz der Partikelkontaminierung gezeigt (siehe Abbildung 1).2

Eine Anforderung an einen Reinraum im Bereich Biowissenschaften ist die Entfernung von wachstumsfähiger Kontaminierung durch ein Tuch, in Verbindung mit einem Flüssigdesinfektionsmittel. Eine Studie über die Effektivität der verschiedenen Methoden zur Transferdesinfektion mit einer 70%-igen Alkohollösung hat gezeigt, dass Wischen effektiver als Sprühen allein ist, vor allem bei einer Sporenkontaminierung, da Alkohol nicht effektiv gegen Sporen wirkt3. Nach einem Besprühen von vorkontaminierten Objekten mit einer 70 %-igen Alkohollösung wurde nur eine 27,6 %-ige Reduktion der Sporen erlangt - die Sporen wurden wahrscheinlich von der Objektoberfläche herunter gewaschen. Bei der Nutzung eines Wischtuchs wurden 80,6 % der Sporen entfernt, da durch die Bewegung des Tuches sowohl der Biofilm auf der Oberfläche gestört als auch die Sporen in das Substrat im Tuch aufgenommen werden.

Effektive Reinigungskraft

Um zu verstehen, warum das Wischen eine so effektive Methode zur Entfernung von Kontaminationen ist, muss man ein Grundverständnis davon haben, wie Partikel auf einer Oberfläche haften. Studien über Bindungswirkungen haben gezeigt, dass die vorherrschende Bindung zwischen den Partikeln und der Oberfläche die Kapillarkraft ist, die durch die Bildung einer dünnen Flüssigkeitsschicht zwischen den Partikeln und der Oberfläche entsteht. Tests an Partikeln, die ein Mikrometer groß sind, haben gezeigt, dass die Kapillarkraft dreimal größer ist als Van-der-Waals-Kräfte, die ebenfalls auf die Partikel einwirken. Sehr viel niedrigere, Doppelschicht- und elektrostatische Kräfte sind auch involviert.4 Die Nutzung einer Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung, wie Alkohol oder ein Tensid (Reinigungsmittel) bei Kontakt mit den Partikeln senkt die Gesamtoberflächenspannung der Flüssigkeitsschicht zwischen den Partikeln und der Oberfläche. Dies senkt die Kapillaradhäsionskräfte und ermöglicht so eine einfachere Entfernung der Partikel. Ein vorgetränktes Wischtuch ist eine einfache Methode, um eine Flüssigkeit mit niedriger Oberflächenspannung auf die Oberfläche aufzutragen.

Aber warum ist das Wischen eine so effektive Methode, um Partikel zu entfernen? Es besteht der Glaube, dass eine geringe, abwärtsgerichtete Kraft von 0,5 kg auf einem Reinraum-Wischtuch in eine Kraft von 50 kg umgewandelt wird, wenn dieses als Partikelentferner auf einer Oberfläche agiert.5 Das mikroskopische Level macht klar, dass nur die äußersten Fasern des Wischtuchs in Kontakt mit der zu reinigenden Oberfläche treten und diese Fasern agieren als „Mini-Abzieher“, wobei die ganze abwärtsgerichtete Kraft in diesen wenigen Fasern wirkt. Und zusammen mit der Tatsache, dass die Tuchstruktur selbst die Partikel einschließt und die anschließende physikalische Entfernung der Partikel von der Oberfläche erklärt, warum das Wischen so effektiv ist. Die Fähigkeit des Wischtuchs die Partikel einzuschließen, hängt von der Tuchstruktur und der Größe der Kontaminanten ab.

Nass gegen trocken

Die Befeuchtung des Wischtuchs verbessert die Einschlussfähigkeit noch weiter. Neben der Nutzung einer Flüssigkeit zur Reduzierung der Oberflächenspannung ermöglicht zudem ein feuchtes Wischtuch einen besseren Oberflächenkontakt. Die genutzte Flüssigkeitsmenge zur Befeuchtung des Wischtuchs ist entscheidend, denn wenn das Tuch zu stark imprägniert wurde, werden die Partikel wieder auf der Oberfläche abgelagert und einfach hin und her bewegt, jedoch nicht vom Tuch aufgenommen.

Dennoch muss beachtet werden, dass ein Wischtuch Kontaminierungen nur entfernen kann, wenn es in Kontakt mit diesen kommt. Deshalb muss immer darauf geachtet werden, dass das Tuch in stetigem und engem Kontakt mit allen Bereichen der Oberfläche steht, damit diese gesäubert oder desinfiziert werden kann. Das manuelle Wischen kann, solange es nicht sorgfältig durchgeführt wird, unbeständig sein, und die Wischwerkzeuge, wie Werkzeuge zur Reinigung von Isolatoren und auch Mopps reduzieren die Unbeständigkeit des Oberflächenkontakts. Zierleisten, Türen und Fensterrahmen, und auch Schweißnähte stellen eine Herausforderungen für einen guten Oberflächenkontakt dar.

Es gibt andere Vorteile der Nutzung eines Wischtuchs in einer Reinraumumgebung. Im Gegensatz zu anderen Reinigungsmethoden ist die Wischtuchnutzung einfach und praktisch. Wenn die Tücher für die Anwendung von Desinfektionsmitteln und Reinigungsmitteln genutzt werden, reduzieren sie umgebungsbedingte Auswirkungen auf den Reinraum, da die Anwendung von möglicherweise aggressiven Chemikalien kontrolliert werden kann. Die Nutzung von vorgetränkten Wischtüchern erhöht weiterhin die Gesundheits- und Sicherheitsvorteile, indem die Menge der durch die Luft im Reinraum übertragenden Chemikalien reduziert wird.

Eigenschaften der Wischtücher

Die Merkmale der Wischtücher beeinflussen Ihre Leistung. Man muss immer einen Kompromiss zwischen den verschiedenen Merkmalen schließen, und die Entscheidung welches Wischtuch man für welche Anwendung nutzt, ist, abhängig von der jeweiligen Auswirkung auf ein Produkt oder Prozess, risikobasiert.

  • Sauberkeit: Jedes Wischtuch wird Kontaminanten enthalten, also ist es wichtig, dass die Ablagerungen auf kritische Oberflächen während des Wischens minimiert werden. Gewaschene Synthetiktücher mit versiegelten Rändern sind die sauberste erhältliche Option; allerdings besitzen sie weniger Sorption und sind teurer als Tücher, die natürliche Fasern enthalten. Die Testergebnisse werden normalerweise für Partikel und Fasern angegeben, Fasern verweisen dabei im Allgemeinen auf individuelle “lange” Partikel über 100 μm. Viele verschiedene Testmethoden sind erhältlich, beide mit Nass- und Trockenmethoden zur Partikelfreigabe, oft durch die Nutzung von optischer Mikroskopie, automatischem Partikelzähler, oder einem Rasterelektronenmikroskop, um die freigegebenen Partikel zu zählen. Viele Hersteller nutzen Testmethoden, die in IEST-RP-CC004.3 ausführlich dargestellt werden: Die Bewertung von Wischmaterialien, die in Reinräumen und anderen kontrollierten Umgebungen genutzt werden (IEST - Institut für Umweltwissenschaften und -technologien).
  • Sorptionseigenschaften: Die Fähigkeit des Substrates, eine Flüssigkeit in die hydrophilen Fasern zu absorbieren, oder die Flüssigkeiten in die interstitiellen Räume zwischen den Fasern zu absorbieren. Sorptionsfähigkeiten sind entscheidend bei der Beseitigung von Flüssigkeiten, vor allem beim Trockenwischen. Wischtücher mit natürlichen Fasern haben bessere Sorptionsfähigkeiten, allerdings tendieren Sie dazu, mehr Schwebstoffteilchen und Fasern freizugeben. Im Allgemeinen tendieren synthetische Wischtücher (Polyester und Polypropylen) bei niedriger Fasergröße zu einer höheren Sorption, und die Produkte aus Mikrofasern sind dabei die Option mit der höchsten Sorption. Testergebnisse sind normalerweise für intrinsische und extrinsische Sorption und für Sorptionsraten erhältlich.
  • Gewicht: Diese Variable, oft ausgedrückt als g/m2 hat eine Auswirkung auf die Sorptionskapazität und die Kosten.
  • Nichtflüchtige Rückstände: Nichtflüchtige Rückstände sind ein Maß für die Kontamination, die nicht freigesetzt wird. Es ist ein Kontaminantenrückstand mit undeutlichen Ausmaßen, der normalerweise aus Kohlenwasserstoffen, Silikonen, Dioctylphtalaten oder anderen Chemikalien mit einem hohen Molekulargewicht besteht. Nichtflüchtige Daten werden normalerweise bei der Nutzung von entionisiertem Wasser und Isopropanol erstellt. Die Ergebnisse werden in Gramm der extrahierten Stoffe pro Quadratmeter ausgedrückt - eine hilfreiche Richtlinie für die jeweilige Reinheit des Wischtuchs.
  • Metall- und andere Ionen: Die Branchen für Halbleiter und Datenspeicherung sind sehr interessiert am Thema der Ionenkontaminierung von Wischtüchern; in den empfindlichsten Industriebereichen werden Wischtücher mit einem einzelnen Ionenlevel von unter 1 ppm genutzt. Gestrickte und gewaschene Polyestertücher erfüllen dieses Kriterium. Natrium und Chlor sind hierbei zwei der Ionen, die am meisten Kopfzerbrechen bereiten. Ionen werden in entionisierten Wasser extrahiert und quantitativ durch Ionenchromatographie analysiert. Die Ergebnisse werden in „parts per million“ (ppm) ausgedrückt. Ionen bereiten der pharmazeutischen oder biotechnologischen Umwelt kaum Sorge.
  • Die Löslichkeit von Rückständen: Die Auswahl des Lösungsmittels oder der Lösung basiert auf der Aufnahmefähigkeit der Rückstände in der Lösung. Die Tücher müssen die Lösung auf die Oberfläche führen und die Rückstände entfernen. Die Löslichkeit der Rückstände ist zeitabhängig, und automatisches Wischen verbessert die Entfernung sowohl von der Lösung als auch von den Rückständen auf der Oberfläche. Das Trockenwischen nach dem Feuchtwischen, um Rückstände der Lösung auf der Oberfläche zu entfernen, gehört zu einer guten Herstellungspraxis.
  • Chemische Kompatibilität: Reine Kunststoffe, wie Vliesstoffe und gestrickte Stoffe aus Polyester bieten die größte Auswahl an chemischer Kompatibilität. Kunststoffe, die Zellulose enthalten, sind anfällig für Degeneration durch milde Laugen.

Klassifizierung der Wischtücher

Die Tücher können nach Sauberkeit und physikalischen Eigenschaften, wie oben beschrieben, klassifiziert werden. Diese Eigenschaften werden immer durch die folgenden Variablen bestimmt:

  • Genutztes Material: Kunststoff, natürlich, oder Mischfasern. Im Allgemeinen haben Kunststoffe längere Fasern, die sauberer sind als natürliche Fasern.
  • Wie ist das Wischtuch aufgebaut? Gestrickt, nicht gewebt (durch Wasserstrahlen miteinander verbunden, schmelzgeblasen, chemisch gebunden), gewebt. Bindematerialien sind nicht in allen Umgebungen zur Nutzung geeignet.
  • Wie wird es in ein Wischtuch umgewandelt: Messerschnitt, oder geschnittene und versiegelte Ränder (Laser, Ultraschall, Thermik). Versiegelte Ränder reduzieren die Freigabe von Partikeln und Fasern.
  • Wurde das Tuch behandelt oder gewaschen? Waschen reduziert alle wichtigen Kontaminierungskriterien, Sorptionsverstärker während des Finishs, Behandlungen zur Partikelanziehung.

Einige wichtige Substrate und ihre Elektromikrographien sind in den Abbildungen 2 – 6 dargestellt. Die erste Abbildung (Abb. 2) zeigt ein laufmaschenfreies, ineinandergreifendes, gestricktes Polyestermikrofilament. 100 %-iges, gewaschenes, gestricktes Polyester mit versiegelten Rändern ist das sauberste Wischmaterial, das erhältlich ist. Die langen, monofilen Fasern sorgen für eine sehr starke und haltbare Struktur. Eine angemessene Finish-Behandlung und eine Waschung macht das Material gegenüber wasserhaltigen Lösungen und Lösungsmitteln sorptionsfähig.

In Abb. 3 erschafft ein nicht gewebtes Polyester eine Form mit guten Beseitigungs- und Einschlusseigenschaften für Partikel. Der Zelluloseanteil bietet eine gute Sorption, gibt aber auch sehr viele Partikel und Fasern frei.

Das nicht gewebte Polyestermaterial in Abb. 4 besitzt gute Einschlusseigenschaften für Partikel und liefert weniger Fasern. Die kurzen Fasern bedeuten, dass der Stoff nicht resistent gegen abschleifende Oberflächen ist. Ein Lösungsmittel oder Tensid muss zu der 100 %-igen wasserhaltigen Lösung hinzugegeben werden, um die Sorption durch das Wischtuch zu ermöglichen.

In Abb. 5 sehen Sie schmelzgeblasenes Polypropylen, das durch mikrofasergroße Filamenten, die dem Stoff seine außerordentlichen Partikelentfernungseigenschaften geben, eine einheitlich flache Oberfläche besitzt. Die feine Faserstruktur ermöglicht auch eine ausgezeichnete Sorptionsfähigkeit. Wenn der Stoff vorgetränkt oder mit einem Lösungsmittel genutzt wird, bietet dieser eine einzigartige und einheitliche Anwendung, oder auch eine Abgabe der Lösungsmittel „nach Maß“. Wegen seiner hydrophobischen Natur benötigt das Material eine Behandlung, um 100 %-ige wasserhaltige Lösungen zu sorbieren.

In Abb. 6 sehen Sie gewebte Baumwolle (100 %), die sehr stark und haltbar, und auch hohen Temperaturen widerstehen kann. Die Gewebebindung ermöglicht Partikeleinschließung, aber das Material verliert eine hohe Anzahl an Partikel und Fasern.

Wischtücher Gewebe Polyester Wischtücher Gewebe Polyester-Zellulose Wischtücher Gewebe nicht-gewebt

Abb. 2

 

Abb. 3

 

Abb. 4

 

Wischtücher Gewebe Polypropylen Wischtücher Gewebe Baumwolle  

Abb. 5

Abb. 6

 

Technische Daten

Der Vergleich von Tüchern unterschiedlicher Herkunft ist durch Schwankungen zwischen den verschiedenen Testmethoden und der Testausrüstung keine genaue Wissenschaft. Normalerweise werden Wischtücher, wie bereits erwähnt, auf die folgenden Eigenschaften getestet: Spezifische Größe der Partikel und Fasern; nichtflüchtige Rückstände in verschiedenen Lösungsmitteln; spezifische anorganische Ionen, und Sorptionsfähigkeiten, -volumen und Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme. Testmethoden für Wischtücher wurden sowohl von den Herstellern als auch von den Endbenutzern erstellt. Die am meisten genutzten und international anerkannten Standardmethoden zum Testen von Wischtüchern sind jedoch die des IEST: IEST-RP-CC004: Die Bewertung von Wischmaterialien, die in Reinräumen und anderen kontrollierten Umgebungen genutzt werden.

Die Testmethoden für Partikel und Fasern unterscheiden sich oft ungemein, und dementsprechend unterscheiden sich auch die Ergebnisse. Der Test für Rückstände und Ionenkontaminierungen sind etablierter und wiederholbarer. Dennoch gibt es nur einen Weg, um die Ergebnisse der verschiedenen Wischtücher wirklich zu vergleichen - und zwar müssen sie durch die gleiche Methode und in dem gleichen Labor getestet worden sein. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse im Vergleich mit den Ergebnissen aus den IEST-Tests für die Standardsubstrate der Wischtücher.

Wischmaterialien technische Daten

Verpackung der Wischtücher

Die Präsentation der Wischtücher hat auch eine Auswirkung auf die Nutzerfreundlichkeit und die Kosten. Zu den typischen Formaten gehören: Bulkware, Block, Bulkware halb gefaltet und individuell halb gefaltet, geviertelt, C-gefaltet, W-gefaltet oder Z-gefaltet. Kleinere Mengen von Tüchern pro Packung sind normal bei aseptischen Anwendungen, um Sterilität zu gewährleisten und Müll zu reduzieren. Dennoch werden die Tücher proportional teurer, wenn die Verpackungsgröße kleiner wird. Tücher die in vorgetränkter Ausführung erhältlich sind, werden in Materialien verpackt, die für die komplette Haltbarkeitsdauer kompatibel mit dem verwendeten Lösungsmittel oder dem Desinfektionsmittel sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine Tücher der Klasse „X“ oder „Y“ gibt, da alles von der jeweiligen Sauberkeit und den spezifischen Leistungsanforderungen abhängt. Ein Wischtuch, dass für Halbleiter-Reinräume der Klasse 3 geeignet ist, ist möglicherweise nicht für Luftfahrtumgebungen der Klasse 3 geeignet. Pharmazeutische Reinräume müssen außerdem Sterilität und Endotoxine sowie Partikel beachten. Von den oben aufgeführten Merkmalen kann man sehen, dass man eventuell im Bezug auf Sauberkeit/Sorption/Partikeleinschließung/Rückständeentfernung und Budget einen Kompromiss eingehen muss. Es gilt immer: Je niedriger die Anzahl der Partikel und Fasern, desto höher die Kosten.

Die Identifizierung des billigsten Wischtuchs, das die Anforderungen jeder Anwendung gerecht wird, kann dabei helfen, die Kosten zu kontrollieren. Zum Beispiel tendieren nicht gewebte Tücher dazu, in weniger entscheidenden Anwendungen gut zu arbeiten. Gestrickte Tücher, verpackt als Bulkware, tendieren dazu billiger zu sein als flach abgepackte Tücher, und sterile Produkte sind nur erforderlich für pharmazeutische Reinräume in den Umgebungen der Klasse A und B. Vorgetränkte Tücher reduzieren Kosten allgemein, da keine zusätzlichen Lösungsmittel, Raum für Prozessvalidierung und Arbeitsschutzbestimmungen benötigt werden.

Literaturhinweise:

1. Techniques for removing contaminants from optical surfaces: Preprint UCRL-80730 Lawrence Livermore Laboratory 1978: I F Stowers and H G Patton
2. Cleaning Effectiveness Method Comparison: Contec Presentation 2006: D Nobile
3. Validation of liquid transfer disinfection techniques for transfer of components into hospital pharmacy cleanrooms: Hospital Pharmacist Sept 2001: M G Cockcroft D Hepworth J C Rhodes A Beaney, P Addison,
4. Surface Contamination Plenum Press 1979: K Mittal
5. Wiping Surfaces Clean Vicon Publishing 2004: H Siegerman Ph.D

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