Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung photokatalytischer Eloxalschichten zur Erzeugung funktionaler Aluminiumoberflächen

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Herstellung photokatalytisch aktiver, anodisierter Aluminiumoberflächen, die zu einer Verringerung der Luftverschmutzung beitragen (insb. der Stickoxidbelastung in urbanen Regionen). Zur Erreichung des Projektziels sollen unterschiedlich modifizierte, photokatalytisch aktive Nanopartikel (5-25nm) in lösemittelhaltigen sowie wässrigen Systemen hergestellt und daraufhin mit zwei unterschiedlichen Verfahren in die Eloxalporen eingelagert werden.

Dabei verfolgt das fem die elektrophoretische Einlagerung aus lösemittelhaltigen Dispersionen, wohingegen das DFI die ultraschallunterstützte Tauchimprägnierung zur Einlagerung der Nanopartikel aus wässrigen Systemen verfolgt. Durch diese Verfahren werden neuartige, funktionelle Eigenschaften erzeugt, die die Nachfrage des Anodisationsprozesses bei den größtenteils kleinen und mittelständischen Beschichtungsunternehmen, u.a. für die Anwendung im Fassadenbereich, deutlich erhöht. Eine der neuartigen, funktionellen Eigenschaften ist die Photokatalyse, wodurch schädliche Stickoxide durch Sonnenlicht an der anodisierten Oberfläche zu wasserlöslichen Nitraten umgewandelt werden. Darüber hinaus können auch organische Kontaminationen durch photokatalytische Selbstreinigung zersetzt werden. Unterstützt werden diese beiden Eigenschaften durch den Effekt der „Superhydrophilie“, welche durch die Hydroxyl-Funktionalität der Titandioxid-Oberfläche erzeugt wird. Im Vergleich zu anderen Oberflächen mit photokatalytischen Beschichtungen führt besonders die „Container“-Wirkung der Eloxalporen zu einer dauerhaften und nachhaltigen photokatalytischen Auslegung der Eloxaloberfläche (hohe Reinigungsbeständigkeit). Durch die innovativen und vielseitigen Eigenschaften der modifizierten Eloxalschicht können eine Vielzahl neuer Absatzmärkte für die KMUs der Prozesskette erschlossen werden, wodurch deren globale Wettbewerbsfähigkeit gesteigert wird.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnten photokatalytisch aktive Titandioxidpartikel mit geringem Partikeldurchmesser, sowohl in lösemittelhaltigen als auch in wässrigen Systemen, synthetisiert werden. Für die Fassadenlegierungen EN AW-5005 und EN AW-6060 wurden spezielle Anodisationsverfahren zur Erzeugung funktionalisierbarer Eloxalschichten entwickelt. Hochgeordnete Eloxalstrukturen mit geringem Verzweigungsgrad konnten durch Doppelanodisation in konventionelle Anodisationselektrolyten erzeugt werden. Dabei werden Porenweiten zwischen 10 nm und 160 nm erzeugt. Im Falle des einstufigen modifizierten Phosphorsäureverfahrens betragen die erzeugten Porenweiten ca. 100 nm bei Schichtdicken von etwa 2 µm.

Bei den konventionellen Anodisationsverfahren erfolgte die Partikeleinlagerung mittels elektrophoretischer Abscheidung (EPD) aus lösemittelhaltigen Systemen. In Abhängigkeit von den Schichteigenschaften, den EPD-Parametern und den eingesetzten Suspensionen konnten Einlagerungsergebnisse bis zur vollständigen Porenfüllung erzielt werden. Die Tauchimprägnierung eignet sich als alternatives Verfahren für die Imprägnierung großporiger Strukturen und kann damit zur Verfüllung des MPAA-Eloxals eingesetzt werden. In Abhängigkeit der Ziehparameter werden Füllgrade von ca. 30-40 % erzielt.

Die Bewertung nach DeNox-Test gemäß ISO 22197-1 bescheinigt den imprägnierten Eloxalschichten eine hohe photokatalytische Aktivität mit rPCE Werten von bis zu 13, wobei ein Wert > 2 als „photokatalytisch aktiv zur Luftreinigung“ gilt.

Durch die Möglichkeit der Herstellung photokatalytischer Aluminiumoberflächen, kann die Wettbewerbsfähigkeit der KMUs u.a. in der weltweit stetig wachsenden Baubranche erhöht werden. Diese neuartige Möglichkeit der Funktionalisierung von Eloxalschichten liefert für die Zukunft ein vielseitiges und attraktives System, mit dem Architekten und Bauherren vollkommen neue Wege in der nachhaltigen Gestaltung von Gebäudefassaden erschließen können.