Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verfahren zur Textilbeschichtung mit photokatalytischer Aktivität im sichtbaren Spektralbereich

TexAS: Verfahren zur Textilbeschichtung mit photokatalytischer Aktivität im sichtbaren Spektralbereich

Photokatalytische Beschichtungen leisten einen umweltfreundlichen Beitrag bei der Reinigung von Luft und Wasser, z.B. werden Stickoxide reduziert. Größtes Hemmnis ist jedoch die Notwendigkeit von UV-Licht, welches die Anwendungsakzeptanz deutlich einschränkt. Forschungsbedarf besteht in a) der Entwicklung von Photokatalysatoren mit Absorption im Sichtbaren, b) der Entwicklung von Beschichtungsverfahren bei mäßiger Temperaturbelastung (Zugang zu Polymeren) und c) der Effizienzsteigerung.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur photokatalytischen Beschichtung von textilen PET-Bahnwaren am Beispiel Luftfilterung. Das zum Einsatz kommende AgI/AgCl/TiO2-Nanokomposit besitzt spektrale Absorption im sichtbaren Spektralbereich und eine hohe Effizienz.

Die Verfahrensentwicklung erfolgt an PET-Gewebe oder -Folien. Angestrebt wird ein kontinuierlicher Durchlaufprozess im Rolle-zu-Rolle Verfahren. Schwerpunkte der ersten Projektphase sind a) Nanokomposit (Entwicklung, Herstellung, Applikation, Charakterisierung), b) Polymervorbehandlung (VUV-Bestrahlung, Prozessparameter, Charakterisierung) und c) Polymer- Schutzbeschichtung (Erzeugung, Charakterisierung, Oberflächenanalyse). In Phase 2 die Arbeiten zum d) Gesamtprozess. In Phase 3 steht die Bewertung im Vordergrund: e) wissenschaftlich (Schichtstabilität, photokatalytische Effektivität, Textilflexibilität) und f) wirtschaftlich (Prozesskennzahlen).

Japan als Vorreiter zeigt, dass der Photokatalyse-Markt KMU dominiert ist. Gleiches wird für Deutschland erwartet, was sich im PA widerspiegelt. Mit den Ergebnissen werden die wirtschaftlichen und technischen Risiken für KMU abgemildert.

Durch die Verschiebung der Photokatalyse in den sichtbaren Spektralbereich eröffnen sich neue Anwendungsbereiche, insbesondere im Innenbereich. Zukünftig können Luftreinigungskonzepte mit Beleuchtungskonzepten kombiniert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Aufbauend auf der Dissertation von M. Rehan wurde ein Verfahren entwickelt, um eine dort beschriebene photokatalytisch aktive Beschichtung mit Absorption im sichtbaren Spektralbereich darzustellen. Die Verfahrensentwicklung erfolgte an PET-Folien. Entwickelt wurde ein Rolle-zu-Rolle Durchlaufprozess. Der Prozess besteht final aus der Vorbehandlung mittels VUV-Strahlung (172 nm), dem Auftrag und der VUV-Vernetzung eines PDMS-Precursors zur Erzeugung einer Schutzschicht, einer weiteren optionalen Aktivierung und der Applikation einer photokatalytisch aktiven Agl/AgCl/TiO2-Nanodispersion. Alle vier Prozessschritte wurden experimentell erarbeitet, demonstriert und charakterisiert. Die Strahlsimulation hat sich hierbei als wertvolles Werkzeug für quantitative Aussagen zu den VUV-Prozessen herausgestellt. Beispielhaft wurde ein Anlagekonzept wirtschaftlich abgeschätzt. Es werden Kosten von 2 bis 4 €/m2 bei einem Durchsatz von 250.000 m2/a erwartet.

Ausgehend von der Dissertation von Rehan wurde die Dotierung der TiO2-Partikel von einem 2-stufigen zu einem 1-stufigen Prozess vereinfacht. Die Eigensynthese von TiO2-Nanopartikeln hat sich als nicht zweckmäßig erwiesen. Eine höhere Verfügbarkeit bei gleicher Funktionalität bietet kommerziell verfügbares P25.

Es konnte ein Mehrwert für die photokatalytische Aktivität durch die Dotierung des TiO2 nach der Vorgabe von Rehan in Höhe von ca. 35 % bei Vergleich mit nicht dotiertem TiO2 demonstriert werden. Der Mehrwert lag unterhalb des erwarteten im Vergleich zur Dissertation von Rehan. Die Ursachen konnten nicht vollständig aufgeklärt werden.

Durch die Verschiebung der Photokatalyse in den sichtbaren Spektralbereich eröffnen sich neue Anwendungsbereiche, insbesondere im Innenbereich. Zukünftig können Luftreinigungskonzepte mit Beleuchtungskonzepten kombiniert werden. Anwendungsfelder von photokatalytisch beschichteten Produkten sind beispielsweise Consumer-Produkte wie Dunstabzugshaube, Tapeten sowie Stoffen oder Lampen.