Langzeit-Keramik-Beschichtungen

Warum, Weshalb, Wieso

Durch eine ständig zunehmende Luftverschmutzung wird diese seit Jahren steigende Umweltsünde, als eines der wichtigsten Umweltprobleme in Deutschland und der gesamten Welt beurteilt. Gerade  Stickoxide (NOx) gehören zu den Komponenten, die sehr bedrohlich für unsere Luftqualität und unsere Umwelt sind. Bereits vor Jahren wurden nach Ermittlung des Umweltbundesamtes bei ca. 60 % der städtisch verkehrsnahen Messstationen für Stickstoffdioxid (NO2) Jahresmittelwerte oberhalb des aktuellen Grenzwertes von 40 μg/m³ Luft verzeichnet. 

Die Daten aus den ebenfalls kürzlich  durchgeführten Passivsammler-Messungen wurden hierbei noch nicht berücksichtigt und werden aus den Erfahrungen der vergangenen Jahre den genannten Wert wahrscheinlich noch auf über 70% erhöhen. Zum Schutz der Umwelt sind daher immer mehr Maßnahmen gefragt.

Neben Schritten wie z.B. der Verminderung bzw. Einschränkung des Schadgasausstoßes durch primäre Emmissions-Quellen, wie als Beispiel dem Straßenverkehr, industriellen Verbrennungsprozessen und natürlich auch der Landwirtschaft, sind zusätzliche innovative und kostengünstige Lösungen gefragt. Es wird nach Möglichkeiten gesucht die Konzentration der Schadstoffe, welche  bereits in der Luft oder im Wasser vorhanden sind, zu verringern. Dabei gelangten die Verbindungen Siliziumdioxid (SIO³) und auch Titandioxid (TiO²) immer näher in den Fokus von wissenschaftlichen Untersuchungen.

TiO² und weitere modifizierte Spezies davon sind in der Lage unter Ausnutzung von elektromagnetischer Strahlung, organische und anorganische Verbindungen abzubauen. Bei der Strahlungsanregung werden Elektronen-Lochpaare generiert, die zur Oberfläche diffundieren können. Dort sind sie in der Lage verschiedenste Verbindungen direkt zu mineralisieren oder indirekt durch die Bildung von hochreaktiven Radikalen.

Dieses Prinzip der Photokatalyse findet daher bereits vielfach Anwendung in der Wasserreinigung, der Luftreinigung oder der Selbstreinigung von Oberflächen. Bei allen Anwendungen hat sich bislang TiO² als effektivster Photokatalysator herausgestellt. Zudem verfügt TiO² neben seinen photokatalytischen Eigenschaften zusätzlich über superhydrophile Eigenschaften. Hierdurch wird der selbstreinigende Effekt (Lotoseffekt) begünstigt, da photokatalytisch abgebauter Schmutz auf einer superhydrophilen Oberfläche bei Regen einfach weggespült wird. Aus diesem Grund wurden gerade im Bauwesen diverse Materialien entwickelt, wie z.B. Dachziegel, Gläser, Fassadenfarben, Autolacke oder auch zementbasierte Baustoffe.

SIO³ wird aus Quarzsand hergestellt und ist absolut vielseitig einetzbar. Überall wo Beschichtungen eine Rolle spielen, wird das Material eingesetzt. Alle Oberflächen die als nicht saugend eingestuft sind.

Für die Modifizierung wird nur eine dünne Schicht aus SiO²auf die Oberfläche aufgetragen. Die Stärke der Beschichtung liegt im Nano-Bereich. Daher wird bei Versiegelungen bei z.B. Fahrzeuglacken auch gerne von einer Nano-Glaskeramik gesprochen.  Auf diese Weise werden viele Kosten gespart und gleichzeitig die Eigenschaften der Nanopartikel im resultierenden Endergebnis vereinigt. SiO² (Siliziumdioxyd) ist nicht nur ein gut verfügbares und günstiges, sondern auch ein inertes Material, dessen Einsatz in der Fahrzeugpflege oder Veredelung von Badezimmern und/oder Küchenbereichen gut bekannt ist. 

Diese  Synthese erfolgt auf nasschemischen Weg, d.h. basierend auf dem Sol-Gel-Prozess. Diese Methode ermöglicht sogar die Aufbringung von nanoskaliger Beschichtung unter milden Prozess-Temperaturen. (Raumtemperatur)

Im Hinblick auf eine kostengünstigere Herstellungsmethode für diese beiden Materialien, war das Ziel der chemischen Unternehmen, die Modifizierung verschiedener Zusatzstoffe auf Basis von SIO³ mit TiO² immer weiter zu entwickeln. 

Unter Zuhilfename von:

S. Kamaruddin, D. Stephan, Coating of silica fume with SIO³ and TIO² for application in photocatalytic building materials, 1st International Conference on the Chemistry of Construction Materials, Berlin.