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Die Erfindung betrifft photokatalysatorhaltige
Beschichtungsmassen, daraus resultierende Mischungen mit Wasser
oder Oberflächenbeschichtungen
und/oder Kits, welche eine photokatalysatorhaltige Komponente und
mindestens eine weitere Komponente umfassen.
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Es ist bekannt, beispielsweise Fliesen,
Glas oder Teppichböden
mit Photokatalysatoren auszurüsten mit
dem Ziel, Selbstreinigungseffekte und eine Verbesserung der umgebenden
Luft, beispielsweise durch Oxidation von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen
oder anorganischen Gasen wie NOX, oder dergleichen,
zu erzielen. Insbesondere in Japan sind Bestrebungen im Gange, Farbbeschichtungen
mit photokatalytischen Eigenschaften zu entwickeln. Eine Schwierigkeit
besteht darin, dass die verwendeten Bindemittel auf der Basis organischer
Polymerer durch photokatalytische Oxidation selbst abgebaut werden
können.
Dies kann zu Verfärbungen
und Kreiden der Farbbeschichtungen führen.
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Bekannt ist auch, Zement als Bindemittel
für photokatalysatorhaltige
Produkte zu verwenden. Dies soll ermöglichen, unveränderte Brillanz
und Farbe über
längere
Zeiträume
beizubehalten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, weitere Mörtel
bereitzustellen, die sich gegenüber
den vorbekannten Mörteln
auf Zementbasis durch besonders vorteilhafte Eigenschaften auszeichnen.
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Es wurde nun überraschend gefunden, dass
photokatalysatorhaltige Beschichtungsmassen, dadurch gekennzeichnet,
dass sie zementfrei ist, wobei dieser Begriff entweder absolut zementfrei
oder ferner zementarm mit bis zu 5 % Zementanteil bezogen auf die
Trockenmasse der Gesamtmischung bedeutet, und eine Kalziumsulfatkomponente
beinhalten, bei gleichem Photokatalysatorgehalt eine wesentlich
höhere
photokatalytische Aktivität
zeigen als entsprechende zementhaltige Beschichtungsmassen.
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Dies lässt sich unter anderem durch
ein Testsystem belegen, bei dem die Entfärbung organischer Farbstoffe
gemessen wird. In einem typischen Testsystem wird z.B. die Entfärbung von
Rhodamin B, dessen katalytischer Abbau visuell leicht zu beobachten
ist (Entfärbung)
gemessen. Beispielsweise werden zwei Tropfen einer Lösung einer
derartigen Testsubstanz auf einen Probekörper der erhärteten und
getrockneten Beschichtungsmasse aufgetragen und je einer der Flecken
lichtundurchlässig
abgedeckt, und es wird über
die Zeit verfolgt, ob eine Entfärbung
auftritt. Dabei zeigt sich überraschend
die erwähnte
höhere
photokatalytische Aktivität
der CaSO4-beinhaltenden Beschichtungsmassen.
Dass es sich tatsächlich
um einen photokatalytischen Prozess handelt, wird dadurch belegt,
dass die lichtundurchlässig
abgedeckten Flecken praktisch unverändert bleiben.
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Auf der Basis dieses grundlegenden
Befundes sind damit insbesondere die erfindungsgemäßen Beschichtungsmassen
für photokatalytisch
aktive Oberflächenbeschichtungen
wie z.B. Oberputze, Farben, Spachtelmassen oder Bodenbeschichtungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die erhöhte photokatalytische Aktivität dieser
Oberflächenbeschichtungen
kann unter anderem ausgenutzt werden zum Erzielen von selbstreinigenden
Oberflächen,
beispielsweise zur Entfärbung
von Saft-, Tee- oder Kaffeeflecken oder dergleichen, zum Abbau von
Gerüchen
und zur Verbesserung, beispielsweise Entgiftung, der umgebenden
Luft, beispielsweise in geschlossenen Räumen. Dabei umfasst der Begriff „Beschichtungsmasse" die Beschichtungsmasse
als Pulver, das bei der Verwendung mit Wasser angemischt wird, oder
die Beschichtungsmasse in verarbeitungsfertiger Form.
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Unter Kalziumsulfatkomponente sind
insbesondere α-Halbhydrat
(Hartformgips), β-Halbhydrat
(Stuckgips), Anhydrit (AI, AII oder AIII) oder (insbesondere dann
in Gegenwart eines Bindemittels (aber nicht mehr als 5 Gew.-% Zement)
Dihydrat (Gipsstein), sowie Gemische von zwei oder mehr davon, zu
verstehen, insbesondere mit Wasser abbindbare Kalziumsulfate, wie
die genannten außer
Dihydrat. Die Kalziumsulfatkomponente kann in einer möglichen
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in einem Gewichtsanteil von 5 bis 99,9 Gew.-%, beispielsweise
von 10 bis 90 Gew.-% vorliegen, bezogen auf die Trockenmasse der
Beschichtungsmasse.
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Als Bindemittel bei Verwendung von
nicht selbst abbindefähigen
Kalziumsulfaten, wie dem Dihydrat, können vorzugsweise sonstige
Bindemittel Verwendung finden.
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Daneben können ein oder mehrere weitere
Zusätze
insbesondere anorganischer Art beinhaltet sein, beispielsweise ausgewählt aus
Inertmaterialien, beispielsweise Füllstoffen wie Sand, Kies, gemahlenem
Gestein oder dergleichen; Pigmenten; Farbstoffen; ferner organischen
Bindemitteln, wie Dispersionspolymere; und (insbesondere, wenn allein
Kalziumsulfat-Anhydrit als Kalziumsulfat beinhaltet ist) Abbindebeschleunigern,
wie Sulfaten, z.B. Erdalkalimetallsulfaten, wie Dikaliumsulfat,
oder Alkalimetallsulfaten, wie Kalziumsulfat-Dihydrat). Diese werden
beispielsweise in Anteilen von bis zu 5 Gew.-% beigefügt, so in
einer möglichen bevorzugten
Variante mit Anhydrit als einzigem Kalziumsulfat in der Beschichtungsmasse
in einem Anteil von 0,2 bis 2 Gew.-%.
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Als Photokatalysatoren finden in
ersten Linie Halbleiter Verwendung, wie Si, Ge, Sn, oder dotierte
Varianten davon, beispielsweise n-dotiert mit P, As, Sb, oder p-dotiert
mit B, Al, Ga, In, wie Verbindungshalbleiter, die aus Elementen
der Gruppen III und V des Periodensystems bestehen, wie ZnS, GaAs,
GaSb, InAs, ZnO, CdS, PbS, GaP, GaAlAs, InGaAsP, ansonsten Defekthalbleiter,
d.h., Ionenverbindungen, die entweder einen Überschuss an Anionen (p-Leitung)
oder Kationen (n-Leitung) enthalten, beispielsweise ZnO mit Zinkblendestruktur
oder FeO, worin zwei Fe3+-Ionen drei Fe2+-Ionen ersetzen und dabei eine Leerstelle
erzeugt wird. Besonders bevorzugt sind Zinksulfid, mehr noch Zinkoxid
und vor allem Titandioxid, insbesondere solches in der Form von
Anatase (d.h. mit einem Anteil von Anatase im Gewichts-Anteil zu
anderen vorhandenen TiO2-Formen (wie Rutil)
von mindestens 5 % oder mehr, vorzugsweise 25 % oder mehr, insbesondere
50 % oder mehr, vor allem von 70 % oder mehr, oder ein Vorläufer davon,
wie Titan-Paste (TiO2·H2O)
gewünschtenfalls
mit anderen Atomen als Titan dotiert. Weitere mögliche Photokatalysatoren können aus
Wolframoxid (WO3), Wolf ramtitanat oder Strontiumtitanat
ausgewählt
sein, insbesondere, sofern es um graue Mörtel geht.
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Es können auch Mischungen von zwei
oder mehr der genannten Photokatalysatoren vorliegen, vorzugsweise
in Form von Partikeln.
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Der Gehalt an Photokatalysator kann
in einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung vorzugsweise von 0,1 bis 10 %, wie etwa 0,5 bis 10
% bezogen auf das Gewicht der trockenen Gesamtmischung betragen,
während
der Rest von den übrigen
Komponenten, insbesondere dem oder den Kalziumsulfaten, beispielsweise
in den oben angegebenen Mengen, und ferner (beispielsweise in einem
Anteil von jeweils bis zu 10, in einer möglichen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bis 3 Gew.-%) von Bindemitteln außer Zement (insbesondere wenn
allein Kalziumsulfat-Dihydrat in der Beschichtungsmasse als Kalziumsulfatkomponente
beinhaltet ist) und/oder von Abbindebeschleunigern (insbesondere
wenn allein Kalziumsulfat-Anhydrit in der Beschichtungsmasse als
Kalziumsulfatkomponente beinhaltet ist) ausgemacht wird.
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Die wesentlichen Komponenten (Photokatalysatorhaltige
Komponente einerseits, Kalziumsulfatkomponente andererseits) können auch
in voneinander separaten Bestandteilen einer erfindungsgemäßen Bschichtungsmaasse
beinhaltet sein und so einen Kit bilden (beispielsweise ein Form
einer Verpackung, welche die beiden Komponenten in getrennten Packungseinheiten,
wie Beuteln, Schachteln oder dergleichen beinhaltet), dessen Bestandteile
erst vor der Verwendung gemischt werden, untereinander oder gleich
mit Wasser. Dies erlaubt die Einstellung der Mengenverhältnisse
zur Optimierung für
die jeweils erstrebten Eigenschaften der Beschichtungsmasse, z.B.
höherer
Photokatalysatoranteil in lichtärmeren
Räumen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
betreffen:
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- a) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kalziumsulfatkomponente aus einem
oder mehreren mit Wasser abbindbaren Kalziumsulfaten besteht.
- b) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kalziumsulfatkomponente aus Kalziumsulfat-Dihydrat
besteht und ein weiteres Bindemittel außer Zement enthalten ist.
- c) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) oder b), definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kalziumsulfatkomponente Kalzium-α-Halbhydrat, -β-Halbhydrat
oder -Anhydrit oder ein Gemisch von zwei oder mehr dieser Komponenten
ist.
- d) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis c), definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass als Photokatalysator mindestens ein Halbleiter oder Verbindungshalbleiter
beinhaltet ist.
- e) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis d), definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass der Photokatalysator ZnS, ZnO oder Titandioxid, oder ein Gemisch
von zwei oder mehr davon, ist.
- f) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis e), definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass der Photokatalysator Titandioxid ist, der mindestens einen
Anteil von Titandioxid in Anataseform beinhaltet.
- g) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis f), definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass der Gewichtsanteil der Kalziumsulfatkomponente 5 bis 99,9 %
und der Anteil des Photokatalysators 0,1 bis 10 Gew.-% beträgt, jeweils
bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung.
- h) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis g) definiert, dadurch gekennzeichnet,
dass der Anteil der Kalziumsulfatkomponente 10 bis 90 % und der
Anteil der Photokatalysatorkomponente 0,5 bis 10 % beträgt, jeweils
bezogen auf die Trockenmasse der Gesamtmischung.
- i) Eine photokatalysatorhaltige Beschichtungsmasse wie oben,
insbesondere unter a) bis h) definiert, nach dem Aushärten als
Oberflächenbeschichtung.
- j) Einen Kit, umfassend in räumlich
voneinander getrennter Form jeweils eine die Kalziumsulfatkomponente und
eine mindestens einen Photokatalysator, jeweils wie oben, insbesondere
unter a) bis i) definiert, beinhaltende Packungseinheit.
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Sehr bevorzugt betrifft die Erfindung
Beschichtungsmassen mit den im Beispiel unter B) bis E) genannten
Komponenten, auch in anderen als den dort angegebenen Gewichtsverhältnissen.
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Das nachfolgende Beispiel dient zur
Illustration der Erfindung, ohne ihren Umfang einzuschränken (Prozentangaben
in Gewichtsprozent, soweit nicht anders angegeben):
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Beispiel: Vergleich der
Reaktivität
eines Photokatalysators in einer Zement- gegenüber einer Gips- Beschichtungsmasse
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Prinzip: Die Photokatalysator beinhaltenden
Beschichtungen werden hergestellt durch Mischung des photokatalysatorhaltigen
Trocken-Beschichtungsmasse mit Wasser und anschließendes Aushärten und Trocknen.
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Die photokatalystische Oxidation
wird visuell durch Beobachten der Entfärbung von Rhodamin B beobachtet.
Dabei werden auf jeweils ein Stück
der nach Wasserzusatz ausgehärteten
Beschichtungsmasse zwei Tropfen einer Rhodamin B-Lösung aufgebracht,
deren einer durch Abdeckung vor Licht geschützt wird, während der andere dem Licht
in einem Innenraum ausgesetzt wird.
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Im Einzelnen
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Versuche mit Rhodamin B (0,01 % wässrige Lösung) werden
mit Beschichtungsmassen-Mischungen vorgenommen, die 10 Photokatalysator
(Hombicat UV 100; Sachtleben, Duisburg, Deutschland) beinhalten:
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- A) 90 % weisser Zement (Dyckerhoff, Wiesbaden,
Deutschland)
- B) 90 % Kalziumsulfat-ß-Hemihydrat
(Platre Lambert, Paris, Frankreich)
- C) 90 % Kalziumsulfat-a-Hemihydrat (AGMM; Firma ProMineral,
Bergheim, Deutschland)
- D) 89 % Kalziumsulfat-Anhydrit (Radipur; Warenzeichen der Rethmann,
Lünen,
Deutschland) plus 1 % Dikaliumsulfat
- E) 88 % Kalziumsulfat-Dihydrat (Lenzin; Warenzeichen der Firma
Formula; Walkenried, Deutschland) plus 2 % Vinapas RE 5044 (Vinylacetat-Ethlyen-Copolymer;
Wacker Chemie, Burghausen).
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Nach der Hydratisierung werden alle
Kalziumsulfat-haltigen Testmischungen B) bis D) mehr oder weniger
vollständig
in Kalziumsulfat-Dihydrat umgewandelt.
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Wird wie im Fall E) Kalziumsulfat-Dihydrat
von Anfang an eingesetzt, ist es notwendig, das Polymer (als Dispersion)
zuzugeben.
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Wird wie im Falle d) Anhydrit als
Bindemittel eingesetzt, so ist es notwendig, einen Abbindebeschleuniger
wie Dikaliumsulfat hinzuzugeben.
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Ergebnisse
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Die nachfolgende Tabelle zeigt qualitativ
den Abbau der Rhodamin B-Färbung
nach unterschiedlicher Belichtungsdauer auf. Die Experimente mit
Abdeckung zeigen, dass für
den katalytischen Effekt die Anwesenheit von Licht erforderlich
ist.
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Es zeigt sich, dass bei Belichtung
allgemein in den Fällen
B) bis E) eine erhöhte
Reaktivität
(Entfärbung)
gegenüber
A) (Zement) gefunden wird, die bei Verwendung von Mischungen mit
Anhydrit (Mischung D) oder α-Hemihydrat
(Mischung C) besonders ausgeprägt
ist. Dies ist möglicherweise,
aber nicht zwingend, mindestens teilweise auf die geringere Dichte
des β-Hemihydrates gegenüber den
beiden anderen Formen zurückzuführen, wodurch
der Volumenanteil des Titandioxids relativ zum αα-Hemihydrat und Anhydrit höher ist als
beim β-Hemihydrat).
