SAMOČISTILNI UČINEK

Leta 2001 je podjetje Pilkington Glass poslalo na trg prva samočistilna okna. Samočistilni učinek bomo shematsko prikazali na polprevodniku TiO2, ki je tudi komercialno najpogosteje uporabljen samočistilni agens, saj uspešno kombinira fotokatalizo in superhidrofilnost. Do pojava fotokatalize pri TiO2 pride zaradi delovanja UV-svetlobe (pri valovni dolžini pod 388 nanometrov), ki spodbudi elektrone v TiO2 v višje energetsko stanje v prevodni pas, zaradi česar se pojavijo prosti elektroni in proste elektronske luknje. Ti reagirajo s kisikom in vodo, rezultat pa so superoksidni ioni in hidroksidni radikali. Zadnji so visokoreaktivni in oksidirajo oziroma uničijo organske molekule, tako da dobimo ogljikov dioksid in vodo. Ker se po tej poti uničijo tudi mikroorganizmi, se takšne prevleke pogosto imenujejo antibakterijske oziroma protimikrobne.

Pravzaprav naključno pa so raziskovalci japonskega podjetja Toto Inc. leta 1995 ugotovili, da če film TiO2 vsebuje tudi določeno količino SiO2, pride do pojava superhidrofilnosti. To pomeni, da je pri delovanju UV-svetlobe zamakalni kot vode na površini 0 stopinj oziroma se površina prevleče s tankim slojem vode. S tem, ko je na površini tanek sloj vode, se umazanija teže oprime oziroma jo dež laže odstrani. Pojav se izkorišča tudi pri šipah ali ogledalih, ki se ne zarosijo (sliki 1 in 2). Tako s kombinacijo fotokatalize in superhidrofilnosti, ki je prisotna pri TiO2 pod vplivom delovanja UV-svetlobe ter prisotnosti kisika in vlage dosežemo samočistilni učinek. Pri tem je zaradi učinkovitosti pomembno, da ima TiO2 veliko specifično površino, kar dosežemo z zmanjšanjem delcev. Za samočistilne aplikacije se praviloma uporabljajo nanodelci.  

Samočistilni učinek se dandanes uporablja pri množici komercialno dostopnih izdelkov, kot so že omenjeno steklo (šipe) in predvsem fasadne barve. Na trgu je mogoče dobiti tudi samočistilni cement (omet), samočistilne strešnike, sisteme za čiščenje odpadnih vod in zraka, samočistilni tekstil in seveda samočistilne keramične ploščice.


Slika 1: Zgoraj: videz ploščic z nanosom samočistilnega agensa in brez nanosa. Spodaj: prikaz tvorbe kapljic na superhidrofilni površini pred izpostavitvijo UV-svetlobi in po njej (vir: www.novapure.com)

TEHNOLOGIJA IN RAZVOJ

Proizvodnja samočistilnih keramičnih ploščic poteka po običajnem postopku, po žganju pa se na površino nanese tanek, manj kot 100 nanometrov debel sloj, ki praviloma vsebuje TiO2 kot fotokatalitski agens. Fotokatalitski sloj lahko nanesemo z različnimi tehnologijami (denimo sprey tehnologija, sedimentacijska tehnologija, spin coating tehnologija), glede na zahtevano trajnost nanosa pa ga je treba tudi fiksirati (postopno segrevanje do 500 oziroma 700 stopinj Celzija). Ta sloj je prosojen in brezbarven, tako da ne vpliva na estetski videz površine glazure. Ker se TiO2 praviloma proizvaja po zahtevnih sol-gel postopkih, takšen nanos podraži postopek proizvodnje, treba pa je osvojiti tudi tehnologijo prenosa v proizvodnjo.

V zadnjem času poteka razvoj v treh smereh, in sicer v smeri cenejših postopkov pridobivanja samočistilnih agensov, s čimer bi omogočili, da bi postali sestavni del glazure in bi se neposredno nanašali pri drugem žganju; poraba bi bila sicer večja, vendar ne bi bila potrebna faza fiksiranja, ki običajno poteka pri povišani temperaturi. Drugi segment je razvoj dopiranih samočistilnih agensov, s čimer bi aktivacijsko energijo premaknili v vidni spekter in tako razširili uporabo samočistilnih ploščic (in preostalih materialov) tudi na notranje prostore. Tretji segment pa je razvoj samočistilnih agensov, ki so obstojni tudi pri visokotemperaturnih postopkih (nad 800 stopinj Celzija; do te temperature je namreč obstojen tudi TiO2 anataz), s čimer bi se lahko opustila ena faza proizvodnje – fiksiranje, saj bi lahko takšen agens dodajali v osnovno maso in žgali tudi do 1200 stopinj Celzija, kar je temperatura žganja porcelanskih oziroma gres ploščic.


Slika 2: Shematski prikaz delovanja fotokatalize na superhidrofilni površini


Slika 3: Delovanje superhidrofilne fotokatalitstke barve (vir: www.toto.co.jp)

Vzporedno z razvojem samočistilnih materialov poteka tudi razvoj standardiziranih metod, s katerimi bi pod enakimi pogoji testirali izdelke različnih proizvajalcev. Fotokatalitsko aktivnost lahko merimo na več načinov, od spremembe videza pri delovanju UV-svetlobe, spremembe koncentracije nečistoč, antibakterijskega učinka, spremembe barve organskega pigmenta do spremembe kontaktnega kota tekočin na materialih ... S poenotenimi, standardiziranimi metodami meritve učinkovitosti proizvajalcu in kupcu zagotavljamo, da so deklarirani samočistilni izdelki dejansko tudi zares učinkoviti.




Slika 4: Stavba v Indiji, obložena s fotokatalitskimi ploščicami (samočistilne ploščice) švedskega proizvajalca Skanska (vir: www.hindu.com)

SKLEP

Uporaba samočistilnih (gradbenih) materialov je zanimiva z več vidikov. S tem, ko razkraja razne onesnaževalce, podaljšuje trajnost in estetsko neoporečnost izdelkov, hkrati pa zmanjšuje potrebo po pogostem čiščenju, zaradi česar se znižajo stroški vzdrževanja. Čedalje pomembnejši je tudi ekološki vidik takšnih materialov, saj bi ob ustrezni pripravi in razširjeni uporabi zaradi razgradnje strupenih plinov (denimo dušikovih oksidov) lahko tudi občutno izboljševali kakovost zraka.

mag. Vilma Ducman, univ. dipl. inž. kem. teh.
Zavod za gradbeništvo Slovenije