Praxistauglichkeit ist ein absolutes Muss

Besonders in der Pharmaindustrie zeichnen sich Tendenzen ab, die eine aktuelle Weiterentwicklung der Dichtungen erfordern. Waren in der Vergangenheit die Anforderungen an die Dichtungskomponenten weitgehend identisch mit denen der Lebensmittelindustrie, so sind aufgrund des höheren Anforderungsprofils der Pharmaindustrie die Ansprüche gestiegen. Aktuell ist auch die Oberflächenbeschaffenheit themenrelevant, wobei ein abschließendes Ergebnis in Form eines Anforderungsprofils noch nicht vorliegt. Eine geschlossene Dichtungsoberfläche bedeutet, dass diese möglichst glatt ist und es keine Einschlüsse gibt. Für Qualitätsanbieter zunächst selbstverständlich. Betrachtet man die Anforderung der Pharmaunternehmen hingegen genau, unterscheidet sich diese von den Dichtungsherstellern teilweise erheblich. Die Dichtungsoberflächen sind i. d. R. glatt, wenn diese aus der Form kommen. Allerdings müssen die O-Ringe entgratet werden. Dies erfolgt durch Stickstoffentgratung oder Rundumschleifen. Letzteres wird in der Praxis gerade bei kleineren Bestellquantitäten, wie diese in der Pharmabranche zumeist vorkommen, ausgeübt. Allerdings genügen die Oberflächen nicht allen geforderten Parametern der Pharmahersteller, da es sich bei diesem Verfahren genau genommen um eine Aufrauung der Oberfläche handelt, die beim Abtragen des Grates entsteht. Für viele Einsatzgebiete problemlos – so auch in vielen Bereichen der Pharmaindustrie. In Produktionsverfahren, wo hingegen eine Kontamination mit Mikroorganismen vermieden werden muss, kann diese Aufrauung der Dichtungsoberfläche durchaus ein Problem darstellen. Für die in diesen Produktionsverfahren eingesetzten Metalle gibt es Vorschriften hinsichtlich der Oberflächenrauheit. So muss der Mittenrauheitswert Ra ≤0,8 µm sein, da die Größe von Mikroorganismen oberhalb dieses Wertes liegt und eine Festsetzung bzw. Kontamination dadurch vermieden wird. Für Elastomerdichtungen hingegen gibt es diesbezüglich keinerlei Vorschriften. Dies ist für den Pharmaproduzenten kontraproduktiv und die Elastomerdichtung kann somit Grund der Kontamination sein.

In Elastomerwerkstoffen befinden sich neben dem Basispolymer in der Werkstoffrezeptur in der Regel bis zu 20 Mischungsbestandteile. Diese sind in der Werkstoffmatrix jedoch unterschiedlich fest integriert. Bei Dichtungswerkstoffen aus Elastomeren kommt es daher während des Produktionseinsatzes zum Ausmigrieren von Werkstoffbestandteilen, insbesondere von verschiedenen Verarbeitungsmitteln und Weichmachern. Diese können negative Einflüsse in Form von Wechselwirkungen oder Kontamination auf die zu verarbeitenden pharmazeutischen Produkte haben. In der Praxis konnte nachgewiesen werden, dass das Ausmigrieren von Werkstoffbestandteilen von Elastomerdichtungen die Zellkultur kontaminierte oder die Wirkung eines herzustellenden Pharmawirkstoffes dadurch verändert wurde. Ein Worst-Case-Szenario für den Pharmahersteller, das bei nicht zeitnaher Behebung des Problems schwerwiegende Folgen haben kann.

Um eine Kontamination in diesen sensiblen Produktionsanlagen zu vermeiden, sollte der Hersteller bzw. Betreiber dieser Anlagen ausschließlich Dichtungswerkstoffe einsetzen, die bei Extraktionsversuchen erfolgreich getestet wurden. So kann der Produzent das Risiko von negativen Wechselwirkungen und Wirkstoffveränderungen deutlich minimieren.

In diesem Kontext steigt auch die Nachfrage nach Zytotoxizitätstests bei Elastomerdichtungen seitens der Pharmaindustrie. Diese sind vor allem dann gefordert, wenn Produkte hergestellt werden, die im menschlichen Körper zur Anwendung kommen (z. B. Insulin, Blutverdünner etc.).

Produktionsseitige Wechselwirkungen können wiederum einen negativen Einfluss auf die eingesetzten Elastomerdichtungen haben, sodass diese ihre Dichtfunktion nicht mehr ausüben können und es daraus resultierend zum Ausfall der Dichtung kommt. Zu den derzeit für Elastomerdichtungen schwierigsten produktionsseitigen Wechselwirkungen zählen zum einen die in der Pharmaproduktion häufig eingesetzten SIP- und CIP-Verfahren (SIP = Sterilization in Place/CIP = Cleaning in Place) als auch der Einsatz von vollentsalztem Wasser (VE-Wasser), Highly Purified Water oder gar WFI (Water-for-Injection). Die Wechselwirkungen zwischen den abzudichtenden Medien und den teilweise sehr aggressiven Desinfektions- und Reinigungsmitteln oder dem im Sterilisationsprozess eingesetzten Heißwasserdampf ist eine enorme Materialbelastung. Insbesondere der Kontakt mit WFI stellt für die elastomeren Dichtungen eine Extremsituation dar, die auf Dauer zum Versagen vieler Dichtungen führt. Das Resultat: häufigere Wartungsintervalle, vermehrte Instandsetzungsarbeiten oder gar Produktionsstopps als kostspielige Konsequenz.

Nur wenige Dichtungswerkstoffe sind im langfristigen Einsatz mit diesen Medien beständig und verfügen gleichzeitig über die in diesen Anlagen notwendigen Freigaben nach FDA und USP Class VI. Deshalb verlangen die Anwender oder Konstrukteure zunehmend Nachweise über die Eignung in den eingesetzten Anwendungen als auch Bescheinigungen oder konkrete Aussagen über bestimmte Beständigkeiten der von ihnen eingesetzten Dichtungswerkstoffe.

COG hat mit dem EPDM-Werkstoff AP 306 und dem FKM-Werkstoff Vi 780 gleich zwei neue Hygienic Seal Compounds für die Pharmaindustrie entwickelt. Beide verfügen über die Freigaben nach FDA und USP Class VI. Beim USP-Test wurden die Werkstoffe zudem in der höchsten Klasse bis +121 °C erfolgreich getestet und nicht, wie häufig im Markt üblich, nur bis +70 °C (wichtig im Hinblick auf Extraktionstests). Zudem sind beide Werkstoffe WFI-Wasser-tauglich und absolut verlässlich im Einsatz mit SIP- und CIP-Prozessen und sind für ein außergewöhnlich breites Einsatzspektrum in kritischen Bereichen geeignet.

Der EPDM-Compound AP 306 ist speziell in Zusammenarbeit mit namhaften Pharmaunternehmen und deren Zulieferern konzipiert worden. Durch ein neues Fertigungsverfahren weist dieser Compound eine sehr geschlossene Oberfläche auf, wodurch eine Mikroben-Kontamination vermieden werden kann. Dieser Werkstoff erfüllt die speziellen Anforderungen nach Hygienic Design, die in der Medizintechnik, Pharmaindustrie und Biotechnologie gelten und überzeugt mit niedrigsten Migrations- und geringen Quellwerten. Ebenso hat dieses Dichtungsmaterial den Test auf Zytotoxizität (nach ISO 10993 Teil 5) erfolgreich bestanden. Nicht zuletzt der Einsatztemperaturbereich von -40 bis +150 °C macht diesen EPDM zur flexiblen Größe für die hochsensiblen Produktionsprozesse.

Sollte der Fettanteil der eingesetzten Medien über 30 % liegen oder die abzudichtenden Medien zu aggressiv sein, so empfiehlt sich der Einsatz des FKM-Dichtungswerkstoffs Vi 780. Neben einer sehr guten Beständigkeit gegenüber Aromastoffen und ätherischen Ölen weist dieser auch eine hervorragende Heißwasserdampf- und Heißwasserbeständigkeit auf. Die Volumenquellung ist dabei so gering, dass dieser Compound hervorragend in die engen Einbauräume der Sterilverschraubungen eingebaut werden kann, die dem Hygienic Design entsprechen. Zudem überzeugt dieser FKM mit einer hervorragenden Oberflächenbeschaffenheit.

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Leiter Anwendungstechnik,C. Otto Gehrckens