Mit Licht desinfizierte Oberflächen schützen vor Bakterien und Viren
Durch die Kombination von kupferdotiertem Titandioxid mit Schichtsilikaten konnte ein synergistischer Effekt erzielt werden, der Mikroorganismen effektiver mit Katalysatoren in Kontakt bringt und deren Inaktivierung beschleunigt.
Ziel aktueller Forschungsarbeiten des Fraunhofer IFAM in Kooperation mit der Universität Szeged in Ungarn war es, eine flexible Beschichtungslösung für Bauteiloberflächen zu entwickeln, die eine zuverlässige und dauerhafte Dekontamination ohne chemische Behandlung ermöglicht und gleichzeitig im großen Maßstab kostengünstig realisierbar ist.
In ersten Entwicklungsarbeiten des Fraunhofer IFAM zu silberdotierten Titandioxid-Photokatalysatoren interkaliert in Schichtsilikaten und dispergiert in einem Polyurethan-Lack – kurz PU-Lack – konnte gezeigt werden, dass eine Applikation des Lacks auf Oberflächen eine erfolgreiche Dekontamination von Bakterien als auch Viren ermöglicht – und dies im Bereich des sichtbaren Lichts bei einer Wellenlänge > 430 nm. Einen bestimmenden Faktor für diesen schnellen und effektiven Wirkmechanismus bilden die Schichtsilikate selbst, die auf der Oberfläche wenige Nanometer große aktive Zentren ausbilden und damit den direkten Kontakt zwischen den Mikroorganismen und den photoaktiven Substanzen ermöglichen.
Sehr gute antibakterielle und antivirale Abbauergebnisse
In einem weiteren Ansatz sollte das Silber durch Kupfer substituiert und mit einem skalierbaren Fertigungsansatz hergestellt werden. Für die Produktion des kupferdotierten Photokatalysators wurde am Fraunhofer IFAM ein Prozess entwickelt, der auch die Herstellung größerer Mengen schon im Labormaßstab erlaubt. Anschließend konnte der Katalysator in einem PU-Lacksystem dispergiert als auch in thermoplastische Polymere kompoundiert werden. Die thermoplastischen Polymere ließen sich leicht zu Filamenten extrudieren, die mit dem 3D-Druck-Verfahren Fused Filament Fabrication (FFF) zu komplexen Bauteilen verdruckt werden konnten. Untersucht wurde der Einfluss verschiedener Füllgehalte des Photokatalysator-Komplexes auf deren Wirksamkeit.
Die Versuchsreihen zeigten, dass Füllgehalte des Photokatalysator-Komplexes 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. Im Ergebnis kann das Silber durch Kupfer in den unterschiedlichen Anwendungen vollumfänglich ersetzt werden.
Weitere Informationen finden sich auf der Website des Fraunhofer IFAM.