Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Antifoulingbeschichtungen von Textilien für den Außenbereich unter Verwendung von katalytisch aktiven Ceroxid-Partikeln

Textilien und Kunststoffe, die im Freien verwendet werden und mit Wasser in Kontakt kommen, neigen dazu, von diversen Organismen besiedelt zu werden (Bakterien, Pilze, Algen, Moose, etc.). Dies beeinträchtigt die Lebensdauer der Objekte negativ, ist aber auch aus ästhetischen Gründen unerwünscht. Obwohl Farben und Beschichtungen existieren, die einen solchen Bewuchs („Fouling“) verhindern können, existieren zurzeit keine universell einsetzbaren biozidfreien Varianten. Silikonbasierte Beschichtungen (sogenannte Fouling-Release-Beschichtungen) können beispielsweise den Mikrobewuchs durch Bakterien und Algen nur bedingt verhindern und sind unter statischen Bedingungen nicht wirksam. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll für den Textilbereich daher die Verwendung von katalytisch aktiven Ceroxidpartikeln etabliert werden, da diese bereits in Vorversuchen auf Metalloberflächen sehr gute Ergebnisse lieferten. Die Partikel generieren aus Wasserstoffperoxid und Bromid- oder Chloridionen in geringen Mengen die entsprechende Hypohalogenige Säure HOX (X = Cl oder Br), die für Mikroorganismen schädlich ist und die Ausbildung von Biofilmen und einen Bewuchs unterbindet. Das notwendige Wasserstoffperoxid ist in geringen aber ausreichenden Mengen in Meer- und Regenwasser enthalten. Besonders vorteilhaft ist hier, dass das aktive Agens HOX nur im feuchten Zustand gebildet wird, d.h. nur unter Bedingungen, unter denen auch Mikroorganismen und Algen wachsen.

Im Rahmen des Projekts sollen Methoden entwickelt werden, um die katalytisch aktiven Ceroxidpartikel in einem industriell nutzbaren und kostengünstigen Verfahren auf der Oberfläche von textilen Gebilden zu immobilisieren. Hierbei wird der Fokus auf verschiedene für KMU interessante Anwendungen liegen, wobei insbesondere Textilien für den Outdoor-Bereich (Planen, Abdeckungen, Netze, Segel) im Mittelpunkt stehen werden.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb des Projekts sollte eine Antifoulingausrüstung für Textilien für die Außenanwendung (Sonnensegel, Markisen, Segel etc.) auf der Basis von Ceroxid-Nanomaterialien entwickelt werden. Dabei sollten Ceroxid-Nanostäbchen oder -Nanopartikel auf die Textilien appliziert werden, welche aufgrund ihrer Haloperoxidase-Wirkung Messengermoleküle von Mikroorganismen halogenieren können, wodurch die Bakterien ein „Stop-Signal“ erhalten und die Bildung des Biofilmes eingestellt wird.

Es wurden für die Ausrüstung sowohl Nanostäbchen als auch Partikel nach unterschiedlichen Herstellungsmethoden getestet. Die hergestellten Nanopartikel sind in ihrer katalytischen Aktivität vergleichbar mit kommerziellen, für welche es etablierte Methoden für den Up-Scale gibt.

Die Ausrüstungen konnten sowohl mit Sol-Gel basierten Bindern als auch mit kommerziellen Bindersystemen wie z.B. Acrylaten waschstabil auf die Oberfläche gebunden werden. Dabei werden die textilen Eigenschaften wie Haptik, Farbe und Beständigkeit (Lichtechtheit, Scheuerbeständigkeit, Höchstzugkraft) nicht signifikant verändert. Diese Ausrüstungen lassen sich auch auf unterschiedliche PET- und Glas-Gewebe applizieren, wobei sie ihre Wirkung behalten. In mikrobiellen Versuchen mit zwei pathogenen Bakterien konnte gezeigt werden, dass eine starke Hemmung der Biofilmbildung auftritt.

Die im Projekt etablierte Ceroxid-Ausrüstung für Textilien hat eine hoch technische Bedeutung. Ceroxide sind unlöslich, dadurch kann es nicht zu einen Leaching von Cer und somit zu einer Umweltbelastung mit diesem Metall kommen. Klassische biozide Ausrüstungen für den Außenbereich basieren auf einem Leaching-Mechanismus, wodurch die Biozide in die Umwelt gelangen können. Diese Ausrüstungsmethode hat damit einen hohen technischen Nutzen für deutsche KMU womit sich auch ein internationaler Vorteil verschaffen lässt und sich so neue Absatzmärkte erschließen lassen