In Zeiten hohen Infektionsrisikos bedarf es wirksamer Schutzmaßnahmen. Beispielsweise können photokatalytisch aktive Beschichtungen mikrobielle Belastungen reduzieren. Um die Effizienz dieser Methode zu erhöhen, wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts eine neuartige Materialzusammensetzung entwickelt.
Kupferdotierter Katalysator in Schichtsilikaten
Fraunhofer IFAM
Um die COVID-19-Pandemie einzudämmen, gehört neben zahlreichen Schutzmaßnahmen auch die aktive Desinfektion von häufig berührten Gegenständen, wie beispielsweise Türklinken, Treppengeländer, Tische oder Einkaufswagen, bereits zum Alltag. Ohne Desinfektion hängt die Dauer, die Viren auch ohne Wirtszelle überlebensfähig sind, von vielen Randbedingungen ab. Hierauf haben vor allem die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit, UV-Strahlung sowie die Materialzusammensetzung und Eigenschaften einer Oberfläche einen signifikanten Einfluss. Ziel eines Forschungsprojekts, das vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM gemeinsam mit der Universität Szeged in Ungarn durchgeführt wurde, war es, hierfür 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.
Dekontamination von Bakterien und Viren
In ersten Entwicklungsarbeiten des Fraunhofer IFAM zu silberdotierten Titandioxid-Photokatalysatoren – interkaliert in Schichtsilikaten und dispergiert in einem Polyurethan-Lack – konnte gezeigt werden, dass durch eine Applikation des Lacks auf Oberflächen eine erfolgreiche Dekontamination von Bakterien sowie Viren erzielt werden kann – 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.
In einem weiteren Ansatz sollte das Silber durch Kupfer substituiert und mit einem skalierbaren Fertigungsansatz hergestellt werden. Es konnte tatsächlich gezeigt werden, dass Kupfer teures Silber ersetzen kann und eine hohe Wirksamkeit gegen Viren zeigt, und zwar sowohl auf metallischen als auch polymeren Oberflächen. 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.
Je nach Fragestellung können Unternehmen von diesen Forschungsergebnissen profitieren und Machbarkeitsstudien zur Anwendung für ihre eigenen Produkte am Fraunhofer IFAM beauftragen.
Kontakt: Martina Ohle, Fraunhofer IFAM