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Selbstreinigende Oberflächen

Selbstreinigende Oberflächen - Arten und neue Behandlungsmethoden Sanitär- und Glasprodukte sowie verschiedene Betonelemente gibt es heute bereits mit selbstreinigenden Oberflächen. Spezielle Beschichtungen sorgen dafür, dass Schmutz weniger haftet und Wasser schneller abläuft. Neue Verfahren machen die Oberflächen zudem kratzfest und robust.

Unterschied zwischen beschichteten und selbstreinigenden Oberflächen

Beschichtete Gläser werden oft mit selbstreinigenden Gläsern verwechselt. Die Beschichtungen werden werkseitig oder nachträglich mit Hilfe von Flüssigkeiten auf die Gläser aufgebracht, um deren Oberflächenspannung zu erhöhen. Auf den „hydrophoben“ bzw. wasserabweisenden Oberflächen findet das Wasser keinen Halt und fließt rasch ab. Der Reinigungsaufwand reduziert sich. Derartige Schichtsysteme werden zum Beispiel bei Glasduschabtrennungen verwendet. Allerdings zerstören aggressive Reinigungsmittel den Schutzfilm schnell.

Andere behandelbare Oberflächen sind auch:

- Badewannen
- Toiletten
- Waschtische
- Duschkabinen

Lotus-Effekt

Daneben kommen heute weitere Beschichtungsverfahren zum Einsatz. Die Flächen werden beispielsweise „hydrophil“, also wasseranziehend, in Verbindung mit einer schmutzabweisenden, noppenartigen Mikrostruktur versehen. Eine bekannte Verfahrensweise ist der „Lotus-Effekt“, basierend auf der gleichnamigen Pflanze: Auf den Blättern der Pflanze befinden sich winzige Zellhügel, die aus mikroskopisch kleinen Wachskristallen bestehen. Die Struktur verhindert, dass die Wassertropfen haften bleiben. Beim Abfließen nehmen sie die Schmutzpartikel mit. Die Sanitärindustrie formt eine ähnliche Oberfläche nach dem Vorbild der Lotus-Pflanze nach.

Eigenschaften von selbstreinigenden Gläsern

Selbstreinigende Gläser sind seit 2002 auf dem Markt. Es handelt sich dabei um Gläser, die mit einer Oberflächenbeschichtung aus Titandioxid versehen wurden.

selbstreinigende Gläser

Hier ist eine Erklärung zu finden, worum es sich bei Titandioxid handelt. Die Beschichtung bewirkt, dass sich Schmutzpartikel unter UV-Einwirkung abbauen. Zusätzlich wird die Oberflächenspannung der Gläser herabgesetzt. Die Tröpfchenbildung wird verhindert und das Wasser läuft wie ein Film ab. Derartige Beschichtungen sind zwar dauerhaft, vertragen jedoch keine Silikone. Werden die hydrophilen Oberflächen falsch behandelt, besteht die Gefahr, dass die selbstreinigende Funktion gestört wird und das Wasser nicht mehr wie gewünscht ablaufen kann. Darüber hinaus hängt der Selbstreinigungseffekt von der jeweiligen Einbauweise ab. Schräge Fenster mit großem Neigungswinkel werden beispielsweise besser gesäubert, als Fenster, die unter einem Dachüberstand montiert wurden. Wasser und UV-Licht sind Voraussetzungen, damit das Glas gereinigt wird. Gibt es über einen längeren Zeitraum keinen Regen, wird auch ein selbstreinigendes Glas schmutzig. Schlecht erreichbare Fenster lassen sich allerdings mit Hilfe eines Wasserschlauches abspülen.

Superhydrophobe Oberflächen

Um eine noch stärkere wasserabweisende Wirkung zu erzielen, werden die Oberflächen mit Tetrafluorethylen (Rohstoff, der zur Herstellung von Polytetrafluorethylen dient) oder Silikonharzen beschichtet bzw. modifiziert. Anschließend lassen sich Wassertropfen leicht entfernen. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sehr kleine Tropfen nicht mehr abfließen können und zusammen mit Schmutzpartikeln lokal eintrocknen.

Superhydrophile Oberflächen

Superhydrophile Oberflächen besitzen eine noppenartige, mikroraue Feinstruktur. Die größeren Schmutzpartikel setzen sich auf den „Spitzen“ ab und haben somit nur eine sehr geringe Haftung. Sie werden von Wassertropfen beim Abfließen einfach mitgenommen. Durch den Einsatz von photokatalytisch wirksamen Metallsulfiden oder -oxiden werden die Oberflächen modifiziert. Unter dem Einfluss von Licht entfalten diese chemischen Stoffe eine schadstoffersetzende, reinigende Wirkung. Die Oberflächen werden zum Beispiel mit Titanoxid (TiO2) beschichtet und mit UV-Licht bestrahlt.

Erste Erfahrungen mit modifizierten Werkstoffen

Die ersten baupraktischen Erfahrungen mit photokatalytisch veränderten Werkstoffen wurden in Japan und den USA gesammelt. Dabei handelte es sich um keramische Baustoffe (zum Beispiel Fliesen). In Rom wurde im Jahr 2003 die „Dives in Misericordia“-Kirche aus selbstreinigendem, mit TiO2 angereicherten, weißen Beton errichtet. Den Entwurf stellte der US-amerikanische Architekt Richard Meier zur Verfügung. Die Fassade der Kirche behält so dauerhaft ihre weiße Farbe.

Selbstreinigende Gebäudeoberflächen

Neben Gläsern und Sanitärobjekten ist es heute also auch möglich, Gebäudefassaden, Dachsteine, Fahrbahndecken, Sicht- und Lärmschutzwände sowie weitere konstruktive Betonteile so zu behandeln, dass sie sich selbst reinigen. Sowohl sichtbares Licht als auch ultraviolette Sonnenstrahlen setzen auf der behandelten Oberfläche den bereits erwähnten (Superhydrophile Oberflächen) photokatalytischen Prozess in Gang, durch den organische Substanzen wie Moose, Algen, Pilze und Flechten am Wachstum gehindert werden. Gleichermaßen werden gesundheitsschädliche Stickoxide in Nitrat umgewandelt.

Selbstreinigende Oberflächen lassen sich mittels verschiedener Prozesse erzeugen. Folgende Verfahren sind für das Aufbringen von Titandioxid möglich:

- Aufsprühen
- Sedimentation (Eintauchen der Fläche in ein Bad)
- Aufbringen mit Hilfe eines Gels

Gegenüber mechanischen Beanspruchungen weisen diese Verfahren allerdings nur eine geringe Widerstandsfähigkeit auf. Deshalb gibt es Versuche, die Substanz direkt mit dem Beton zu vermischen. Für die Zugabemengen wird die DIN EN 12878 (Pigmente zum Einfärben von zement- und/oder kalkgebundenen Baustoffen - Anforderungen und Prüfverfahren) zugrunde gelegt.

Kratzfeste, selbstreinigende Farbe entwickelt

Mittlerweile gibt es eine von Londoner Forschern entwickelte Farbe, die selbst dann selbstreinigend bleibt, wenn sie verkratzt ist. Extrem wasserabweisende, superhydrophobe Beschichtungen erhalten die Oberflächeneigenschaften durch eine besondere Strukturierung auf der Nano- und Mikroskala. Um dies zu erreichen, verwendeten die Forscher Titandioxid-Nanoteilchen in unterschiedlichen Größen und mischten diese in eine Ethanollösung. Die fertige Tinktur wurde mit Hilfe eines Klebemittels dann auf diverse Materialien wie Glas, Stahl, Baumwolle Papier aufgetragen. Das Ergebnis: Die Wassertropfen wurden nicht absorbiert, sondern prallten von den Flächen ab.

Das beschichtete Papier, das Schmutz und Wasser ausgesetzt war, blieb beispielsweise sauber und trocken. Die behandelte Baumwolle blieb nach einem Bad in blaugefärbtem Wasser unverändert weiß. Der Klebstoff sorgte wiederum dafür, dass Reibung, Schleifpapier oder Messerkratzer der Beschichtung nichts anhaben konnten. Öl perlte in dem Test der Forscher von der behandelten Oberfläche nicht ab. Dennoch blieb die Fläche superhydrophob (wasserabweisend). Die Forscher sehen diesbezüglich eine Verwendungsmöglichkeit im industriellen Bereich, etwa wenn Bauteile ständig eingefettet sein müssen. Nähere Informationen dazu sind in diesem Beitrag nachzulesen.

Fotoquellen
Bild 1: pixabay.com © suc (CC0 1.0)
Bild 2: pixabay.com © PublicDomainPictures (CC0 1.0)

 
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