Funktionale Oberflächen
Die Fachgruppen Baustoffe/ Baumechanik und Chemie beschäftigen sich mit der Funktionalisierung von Oberflächen mineralischer Baustoffe zur langzeitstabilen Ausrüstung gegen Mikroorganismen.
Die Biokorrosion an Baustoffen und Bauwerken wurde jahrzehntelang unterschätzt. Heute weiß man, dass die durch den Angriff von Mikroorganismen wie Algen, Pilzen und Bakterien verursachten Schäden zu enormen wirtschaftlichen Kosten führen. Die aus der Biokorrosion resultierenden Veränderungen reichen von Verfärbungen über Salzausblühungen, Krustenbildung bis zu tiefgreifenden Zerstörungen der Baustoffmatrix. Neben der Einschränkung der Gebrauchseigenschaften und der Lebensdauer der Materialien und Produkte birgt das Auftreten einer Vielzahl an Mikroorganismen ein beträchtliches Hygieneund Gesundheitsrisiko mit sich. Die Ansiedlung und das Wachstum von Algen, Pilzen und Bakterien werden insbesondere durch klimatische, bauliche und materialbedingte Faktoren beeinflusst. Diese Kriterien spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung geeigneter Verfahren zur Reduktion bzw. Verhinderung mikrobiellen Bewuchses auf Baustoffoberflächen. Sind konstruktive Maßnahmen nicht anwendbar bzw. bieten diese keinen ausreichenden Schutz, ist der Einsatz antimikrobiell wirkender Substanzen unerlässlich. Die bisher im Baubereich eingesetzten bioziden Wirkstoffe haben viele ökologische Nachteile, z.B. Stoffverluste und Umweltgefährdung durch Bewitterung und Bildung von Abbauprodukten, unspezifische Wirksamkeit sowie akute Toxizität. Seit dem Inkrafttreten der EU-Richtlinie über das Inverkehrbringen von Biozid-Produkten und der Verschärfung des Umweltrechtes dienen neue Lösungsansätze dazu, die bisher verwendeten Wirkstoffe zu modifizieren bzw. zu substituieren.
Ein Forschungsschwerpunkt ist daher die Entwicklung von Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung mineralischer Baustoffe mit antimikrobiellen Wirkstoffen unter Berücksichtigung der nachfolgenden Grundanforderungen:
- Leichte Herstellbarkeit aus baupraktischer und wirtschaftlicher Sicht
- Entsprechendes Preis-/Leistungsverhältnis gegenüber am Markt vorhandenen Materialien/ Produkten als Garantie für einen wirtschaftlichen Erfolg
- Langzeitstabilität bezüglich Anwendung und Lagerung
- Eine dauerhafte chemische Anbindung, um die Zersetzung und Freisetzung toxischer Verbindungen (»non-release«- Wirkprinzip) zu verhindern
- Keine Einschränkung der Gebrauchseigenschaften des Materials/Produktes
- Breites Anwendungsspektrum.
Ziel ist der Schutz von Baustoffen und Bauelementen vor dem Angriff durch Mikroorganismen Durch weitgehende Reduzierung der Ansiedlung bzw. des Wachstums von Algen, Pilzen und Bakterien sollen Stabilität und Lebensdauer der behandelten Materialien und Produkte erhöht werden. Gleichzeitig werden ästhetische und gesundheitliche Beeinträchtigungen durch mikrobiologischen Befall reduziert und folglich Sicherheit und Wohnkomfort erhöht. Die Auswahl der Wirkstoffe und ihre Anpassung an die jeweiligen Materialeigenschaften und Anwendungsbedingungen erfolgen unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit. Um den Anforderungen an Umweltschutz und Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden, ist für die zu entwickelnden Verfahren eine optimale Abstimmung zwischen eingesetzter Wirkstoffmenge und Effektivität der Schutzmaßnahmen erforderlich. Die antimikrobiellen Wirkgruppen sollen durch Anbindung an geeignete Trägersubstanzen immobilisiert werden. Auf dieser Grundlage wird eine dauerhafte chemische Verankerung der Wirkstoffmoleküle auf der Baustoffoberfläche angestrebt, wodurch Auswaschung, Hydrolyse und UV-bedingte Abbaureaktionen weitgehend verhindert werden sollen. Die zu entwickelnden wirkstoffhaltigen Formulierungen sollen als Imprägnierung oder Beschichtung aufgetragen werden. In den Beschichtungen sollen entweder polymerisierte Wirkstoffe oder imprägnierte nanoskalige Füllstoffpartikel zur Anwendung kommen. Der Einfluss der Oberflächenfunktionalisierung auf baustoffspezifische Eigenschaften wird ebenso untersucht wie die Beständigkeit und Langzeitwirkung der wirkstoffmodifizierten Formulierungen im Hinblick auf eine mikrobielle Besiedlung. Die antimikrobiell ausgerüsteten Baustoffe sollen in verschiedenen Bereichen des Bauwesens eingesetzt werden, z.B. als Oberflächenbeschichtung von frei bewitterten Gebäudeteilen (Beton- oder Natursteinfassaden, Mauerwerk), andererseits auch im Wasserbau zum Schutz von Betonoberflächen. Entsprechend der unterschiedlichen Materialzusammensetzung und Einsatzmöglichkeiten der Baustoffe ergeben sich auch unterschiedliche Anforderungen an ihre baupraktische Anwendbarkeit. Demzufolge müssen Untersuchungen hinsichtlich der Verarbeitungs- und Applikationsmethoden durchgeführt werden. Die fachbereichsübergreifende Zusammenarbeit an der HTWK Leipzig schließt sowohl chemisch- physikalische als auch baustoffliche und prüftechnische Untersuchungen ein. Zur chemischen Charakterisierung sind ein FT-IR-Spektrometer mit Mikroskop, ein GC/MS mit Lasersystem sowie ein Bestrahlungs- und Bewitterungsgerät vorhanden. Am Fachbereich Bauwesen steht – neben den gängigen Untersuchungsmöglichkeiten der mechanischen Kennwerte – Prüftechnik zur Untersuchung der Mikrostruktur zur Verfügung (Rasterelektronenmikroskop, Quecksilberhochdruckporosimeter).
zuletzt aktualisiert am 23.12.2010E-Mail an den Autor senden
