Faszination Technik Wie eine Beschichtung mittels Licht Viren und Bakterien reduziert

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: eine photokatalytisch aktive Beschichtung, die statt Silber Kupfer zur Reduktion mikrobieller Belastung beinhaltet.

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Zur Eindämmung der Covid-19-Pandemie gehören zahlreiche Schutzmaßnahmen. Eine ist die aktive Desinfektion von häufig berührten Gegenständen wie Türklinken, Treppengeländer, Tische oder Einkaufswagen. Neben dieser chemischen Behandlung können auch Beschichtungen eine zuverlässige Dekontamination von Oberflächen ermöglichen. Bekannt ist, dass photokatalytisch aktive Beschichtungen die mikrobielle Belastung reduzieren.

Um die Effizienz dieser durch Licht getriebenen Reaktion zu erhöhen, wurde nun innerhalb des Projekts Covid-Dekont vom Fraunhofer IFAM in Kooperation mit der Universität Szeged eine neuartige Materialzusammensetzung entwickelt und in Werkstoffe eingebracht. Durch die Kombination von kupferdotiertem Titandioxid mit Schichtsilikaten konnte ein Synergieeffekt erzielt werden, der die Mikroorganismen effektiver mit den Katalysatoren in Kontakt bringt und deren Inaktivierung beschleunigt.

Silber durch Kupfer substituiert

Wie das Fraunhofer IFAM mitteilt, konnte bereits in ersten Entwicklungsarbeiten zu silberdotierten Titandioxid-Photokatalysatoren, die in Schichtsilikate eingelagert und in einem Polyurethan-Lack dispergiert wurden, gezeigt werden, dass eine Applikation auf Oberflächen eine erfolgreiche Dekontamination von Bakterien als auch Viren ermöglicht. Und das im Bereich des sichtbaren Lichts bei einer Wellenlänge > 430 nm. Für diesen schnellen und effektiven Wirkmechanismus sind die Schichtsilikate verantwortlich, heißt es. Sie bilden auf der Oberfläche wenige Nanometer große aktive Zentren aus und ermöglichen damit den direkten Kontakt zwischen den Mikroorganismen und den photoaktiven Substanzen. Da der Einsatz von Nanosilber aber auch Gefahren für Lebewesen und Umwelt birgt und darüber hinaus teuer ist, sollte jetzt in einem weiteren Ansatz das Silber durch Kupfer ersetzt und mit einem skalierbaren Fertigungsansatz hergestellt werden.

Als Lack oder 3D-Druck-Filament einsetzbar

Für die Produktion des kupferdotierten Photokatalysators wurde ein Prozess entwickelt, der auch die Herstellung größerer Mengen schon im Labormaßstab erlaubt. Laut Fraunhofer IFAM konnte der Katalysator in einem PU-Lacksystem dispergiert als auch in thermoplastische Polymere kompoundiert werden. Die thermoplastischen Polymere ließen sich anschließend zu Filamenten extrudieren, die mit dem 3D-Druck-Verfahren Fused Filament Fabrication (FFF) zu komplexen Bauteilen verdruckt werden konnten.

Füllgehalt bestimmt Wirksamkeit

Untersucht wurde auch der Einfluss verschiedener Füllgehalte des Photokatalysator-Komplexes auf deren Wirksamkeit. Die Versuchsreihen zeigten, dass Füllgehalte von rund 35 Gewichtsprozent im PU-Lack und 50 Gewichtsprozent im Polymer sehr gute antibakterielle und antivirale Abbauergebnisse erzielen. Innerhalb von zwei Stunden konnte sowohl unter UV-Licht als auch mit einer sonnenlichtähnlichen Lichtquelle eine Abbaurate von über 80 Prozent gegenüber den Kontrollbauteilen erzielt werden. Somit kann das Silber durch Kupfer in den unterschiedlichen Anwendungen vollumfänglich ersetzt werden.

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