Farbiger Beton photokatalytisch

Hergestellt werden die Produkte aus photokatalytisch aktivem Beton in erster Linie aus mit Titandioxid modifiziertem Zement; daher sind allgemein nur weiße oder graue Produkte erhältlich. Aus Gründen der Ästhetik besteht ebenfalls Interesse und Bedarf an eingefärbten Produkten, es gibt jedoch bisher noch keine geeigneten Techniken zur Einfärbung von photokatalytischen Betonprodukten. Die Annahme, dass sich die photokatalytische Wirkung von solchem Beton durch die Beimischung von anorganischen Standard Farbpigmenten vermindern könnte oder wieder aufhebt, wurde bereits widerlegt (siehe BFT INTERNATIONAL 12/2009). Besteht aber auch die Möglichkeit, anorganische Pigmente selbst zu modifizieren und so die Herstellung von farbigem, photokatalytisch aktivem Beton zu ermöglichen?

 Um diese Frage zu beantworten wurde der farbgebende Effekt der Eisenoxidpigmente mit der photokatalytischen Wirkung von TiO₂ kombiniert. In Zusammenarbeit mit der Universität Turin (Institut für Anorganische Chemie) wurde ein Verfahren zur Herstellung einer
stabilen Eisenoxid/Titandioxid-Verbindung entwickelt (Abb. 1). Mit diesem Verfahren lässt sich das gesamte Farbspektrum gelber, roter und schwarzer photokatalytischer Eisenoxide herstellen.

Die folgenden Eigenschaften konnten bei diesen photokatalytischen Pigmenten in umfangreichen Testreihen festgestellt werden: NO_x Minderung in der Luftverschmutzung, Selbstreinigung, VOC-Reduzierung und Einfluss auf mikrobiologisches Wachstum.

Luftverunreinigung

Es wurden Tests zur Messung der Stickoxid (NO)
Reduzierung gemäß ISO 22197-1:2007 und der Norm UNI 11247:2007 (Abb. 2 und 3) durchgeführt.

Hierzu wurden zwei Betonsteine mit gleicher Eisen-oxidpigment-Dosierung hergestellt. Der mit Standardzement und photokatalytischem Pigment hergestellte Stein verzeichnete einen niedrigen Anfangswert bei der NO_x Umwandlung – mit konstantem Ergebnis im Zeitverlauf. Der aus photokatalytischem Zement und einem Standardpigment hergestellte Stein wies einen höheren
Anfangswert auf und eine über die Zeit abnehmende Wirkung. Auch die Produktion von NO₂, ein weiterer Luft verunreinigender Stoff, ist bei dem mit photo-katalytischem Pigment hergestellten Stein wesentlich geringer.

Selbstreinigung

Methylenblau, das gewöhnlich zur Einfärbung benutzt wird, um die selbstreinigenden Eigenschaften zu ermitteln (DIN 52980:2008-10, Entwurf ISO/CD10678), wurde auf Betonsteine aufgesprüht und der Farbstoff-Abbau wurde im Zeitverlauf unter Belichtung gemessen (Abb. 4).

Bei dem aus Standardzement und photokatalytischem Pigment hergestellten Stein zeigte sich nach 8 Stunden ein nahezu vollständiger Abbau des Farbstoffs, hingegen alle anderen Mustersteine geringere Abbauraten aufwiesen.

VOC-Reduzierung

Für diesen Test wurden Betonsteine einer Atomsphäre mit Benzol (13,5 ppbv), Toluol (23 ppbv), Ethylbenzol
(20 ppbv) und o-Xylol (20 ppbv) ausgesetzt. Es wurde die Umwandlung (photochemische Oxidation) dieser Komponenten in harmlose Substanzen gemessen.

Abb. 5 zeigt, dass das photokatalytische Pigment am aktivsten auf den Umwandlungsprozess von allen vier Komponenten einwirkt. Photokatalytischer Zement allein erweist sich als inaktiv gegen Benzol und weniger aktiv hinsichtlich der anderen Verbindungen. Wird der photokatalytische Zement mit einem Standard Eisenoxid eingefärbt (in diesem Fall gelb), so ist ein Anstieg der Wirkung zu beobachten. Diese Auswirkung lässt sich vermutlich auf eine synergetische Wirkung zwischen Eisenoxidpigment und der TiO₂-Komponente im Zement zurückführen. Dies ist in verstärktem Maße zu beobachten, wenn Eisenoxid und TiO₂ direkt kombiniert werden (wie dies bei Einfärbung mit photokatalytischem Pigment geschieht) im Gegensatz zu einem einfachen physikalischen Mischen von TiO₂-Komponenten und Eisenoxidpigment.

Einfluss auf mikrobiologisches Wachstum

In Zusammenarbeit mit der Universität Turin (dem Institut für Pflanzenbiologie) wurde eine Studie zur Untersuchung der Keimhemmung bei Bakterien, Hefe und Pilzen durch photokatalytische Produkte in Beton- und Mörtel-Anwendungen durchgeführt. In Abb. 6 wird die reduzierende Wirkung auf Schimmelbildung dargestellt.

Einfärbung

Die oben erwähnte synergistische Wirkung zwischen Eisenoxid- und TiO₂-Komponente lässt sich auch bei den farbgebenden Eigenschaften beobachten. Bei der Einfärbung von Beton mit photokatalytischen Pigmenten ergibt sich ein brillanterer und farbstärkerer Ton. Die in diesem Beitrag vorgestellten photokatalytischen Pigmente haben keinen Einfluss auf die Eigenschaften des fertigen Betonprodukts. Sie entsprechen dem anzuwendenden Europäischen Standard EN 12878 („Pigmente zum Einfärben von zement- und/oder kalkgebundenen Baustoffen – Anforderungen und Prüfverfahren“) und sind mit „CE“ gekennzeichnet.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wurde eine neue Produktreihe funktioneller anorganischer Pigmente vorgestellt. Das sind Eisenoxide, die durch eine dünne Beschichtung mit TiO₂ eine photokatalytisch aktive Wirkweise aufweisen. In Testreihen hinsichtlich NO_x und VOC Minderung, Einfluss auf mikrobiologisches Wachstum und selbstreinigende Eigenschaften wird die universelle und anhaltende photokatalytische Wirkung der neuen Pigmente bestätigt, die hierdurch eine wirtschaftliche Alternative zu den derzeitigen photokatalytischen Stoffen darstellen.