01.08.2007

Wie Licht und Farbe sauber machen

Titandioxid ist nicht nur ein Pigment, sondern kann als Fotokatalysator zusammen mit UV-Strahlung auch Schmutz und Schadstoffe zersetzen

Es klingt, als wäre der Traum eines jeden Hausbesitzers wahr geworden: Einmal Fassade oder Wand anstreichen und nie wieder Probleme mit Verunreinigungen durch Algen, Staub oder Ruß haben. Dieses Wunder vollbringen soll ein Effekt namens Fotokatalyse, der nur mithilfe von fein verteiltem Titandioxid und Sonnenlicht aus der Hauswand eine selbstreinigende Oberfläche macht. Theoretisch funktioniert diese automatische Reinigung auch bereits ganz hervorragend – lediglich in der Praxis ist noch nicht alles so, wie es sein sollte.

Villa

Eigentlich ist Titandioxid für sein strahlendes Weiß bekannt. Es ist das Weißpigment schlechthin, besitzt eine hervorragende Deckkraft, ist ungiftig und unbedenklich für die Umwelt. Doch schon seit über 40 Jahren wissen Forscher: Das weiße Oxid kann noch viel mehr. Werden Titandioxidpartikel, insbesondere in der Kristallform "Anatas", mit UV-Licht bestrahlt, erzeugt dessen Energie freie Elektronen und winzige positiv geladene Zonen, auch Löcher genannt – ein energetisch äußerst ungünstiger Zustand, der nach einem schnellen Ausgleich strebt.

Den finden die Elektronen in den Feuchtigkeitsspuren der Luft: Bei Kontakt mit dem aufgeladenen Titandioxid spaltet dessen überschüssige Energie die Wassermoleküle in Hydroxylradikale, äußerst aggressive Teilchen, die mit allem reagieren, was ihnen in die Quere kommt – im Fall von Fassaden hauptsächlich Fette, Rußpartikel, Blütenstaub, Schadstoffe und lebende Zellen wie Algen oder Bakterien und Pilze. Das Resultat ist das gleiche, das auch am Ende jeder Verbrennung steht: Die chemischen Verbindungen zwischen den einzelnen Bausteinen der Schmutzpartikel werden getrennt, die Substanz zersetzt sich und löst sich dabei praktisch in Luft, beziehungsweise in Kohlendioxid und Wasser, auf.

Besonders gut, hat sich in den vergangenen Jahren im Labor erwiesen, funktioniert das mit nanofeinem Titandioxid, also extrem kleinen Teilchen mit einem Durchmesser von wenigen Millionstel Millimetern. Sie bieten zusätzlich noch den Vorteil, dass sie farblos sind und daher jeder Farbe beigemischt werden können. Theoretisch sollte eine solche Farbe also dauerhaft eine fleckenlose Fassade garantieren.

In der Praxis sieht die Situation allerdings etwas anders aus. Zwar funktioniert die Selbstreinigung im Außenbereich auf glatten Flächen wie Fensterscheiben einwandfrei, was vor allem in Japan einen wahren Boom fotokatalytisch aktiver Produkte ausgelöst hat. Die Vision, mithilfe titandioxidhaltiger Anstriche auch Hauswänden selbstreinigende Eigenschaften zu verleihen oder gar die Luft im Innenraum durch die Wandfarbe zu verbessern, ist dagegen noch nicht ganz in der Realität angekommen

Denn leider sind die aggressiven Reinigungshelfer, die bei der Spaltung des Wassers entstehen, nicht besonders wählerisch bei der Wahl ihrer Reaktionspartner. Für Fassadenfarben etwa bedeutet dies, dass nicht nur wie gewünscht der Schmutz angegriffen wird, sondern unter Umständen auch das Bindemittel, die Pigmente oder die Hilfsstoffe in der Farbe. Die Folge: Die Farbe kann kreiden und verliert an Haltbarkeit und/oder an Farbstärke. Um das möglichst zu vermeiden, muss die Menge an Titandioxid in den fotokatalytisch aktiven Farben verringert werden – was gleichzeitig auch ihre Effizienz reduziert. Einen Schutz vor Algen oder Pilzen oder gar das Zersetzen von Vogelkot kann eine solche Farbe dann nicht mehr leisten. Sie verzögert lediglich die typische Vergrauung, die weißen Anstrichen mit der Zeit blüht.

Noch weniger bewährt hat sich der Einsatz von fotokatalytisch aktiven Farben im Innenraum. Denn hier gibt es ein grundsätzliches Problem: Für den Säuberungseffekt benötigt das Titandioxid die Hilfe von UV-Licht – und das ist im Innern eines Hauses praktisch nicht vorhanden. Abhilfe schaffen könnte hier möglicherweise eine Entwicklung von Forschern der Universität Erlangen: Ihnen ist es gelungen, das Titandioxid chemisch so zu verändern, dass es auch mit sichtbarem Licht vorliebnimmt.

Nebenwirkungen gibt es jedoch auch hier, und zwar ebenfalls wegen der eigentlich erwünschten Aggressivität der Hydroxylradikale und der Unkontrollierbarkeit der Reaktionen. So kann es beispielsweise passieren, dass ein Rotwein- oder Spinatfleck auf der fotokatalytisch aktiven Wandbeschichtung nicht etwa verschwindet, sondern sich im Gegenteil intensiviert – einfach, weil die Radikale den Farbstoff so verändert haben, dass er stärker statt schwächer färbt.

Auch das Versprechen, durch den Abbau von Schad- und Geruchsstoffen wie etwa Formaldehyd die Raumluft zu verbessern, können die Farben nicht halten. Laufen die Reaktionen nämlich nicht bis zum Ende ab, können die unterschiedlichsten Zwischenprodukte entstehen, darunter auch solche, die noch schädlicher sind als die ursprünglich vorhandenen Substanzen. Zudem greift der Effekt ausschließlich auf den gestrichenen Flächen, während Teppiche, Polster, Vorhänge und Möbel weiter vor sich hin müffeln. Die größte Schwierigkeit liegt jedoch im Prinzip der Reaktionen: Wenn alles funktioniert, wie es soll, entsteht am Ende Kohlendioxid – und genau dieses Gas ist verantwortlich für das, was man landläufig "schlechte Luft" nennt.

Wunder vollbringen wird fotokatalytisch aktive Farbe demnach wohl auch in Zukunft eher nicht. Trotzdem bietet sie einiges an Potenzial – was sich für den Hausbesitzer nicht zuletzt darin äußern kann, dass er seine Fassade weniger häufig streichen muss. (ilb)